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目次
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本書根據作者多年的石墨烯薄膜製備經驗和研究成果，並結合國內外石墨烯薄膜製備的最新研究進展編撰而成。本書主要介紹基於化學氣相沉積法的石墨烯薄膜製備技術,首先對石墨烯概念、發展歷程和表徵進行概括介紹，接著簡單介紹化學氣相沉積技術，然後系統介紹石墨烯的成核與生長、單晶石墨烯的製備、石墨烯的層數控制，進一步介紹石墨烯薄膜的轉移技術以及面向工業應用的石墨烯薄膜規模化製備技術，最後對石墨烯薄膜現有製備技術進行總結，並對石墨烯薄膜的未來發展進行了展望。
本書對石墨烯薄膜製備技術進行了全面系統的介紹，既方便初學者對該技術快速瞭解，又能使專業科研與技術人員對該技術有系統深入的認識。希望本書能對石墨烯薄膜製備技術的發展與創新提供啟發與指導。
本書對石墨烯薄膜製備技術進行了全面系統的介紹，既方便初學者對該技術快速瞭解，又能使專業科研與技術人員對該技術有系統深入的認識。希望本書能對石墨烯薄膜製備技術的發展與創新提供啟發與指導。
作者簡介
李雪松，電子科技大學，教授，教育背景學士 1996/09-2000/07 中國/清華大學 機械工程碩士 2000/09-2003/07 中國/清華大學 材料加工工程博士 2003/08-2007/05 美國/Rensselaer Polytechnic Institute 材料工程工作履歷博士後 2007/05-2010/09 美國/德州大學奧斯汀分校博士後 2010/10-2012/01 美國/IBM T.J.沃特森研究中心合夥創始人 2012/02-2012/06 美國/Bluestone Global Tech Ltd.
合夥創始人副總裁 2012/07-2014/05 美國/Bluestone Global Tech Ltd.
副研究員 2014/07-2014/12 美國/耶魯大學創始人，CEO 2014/06-2015/07 美國/LasLumin LLC.
教授 2015/07-今 中國/電子科技大學
合夥創始人副總裁 2012/07-2014/05 美國/Bluestone Global Tech Ltd.
副研究員 2014/07-2014/12 美國/耶魯大學創始人，CEO 2014/06-2015/07 美國/LasLumin LLC.
教授 2015/07-今 中國/電子科技大學
目次
第1 章 石墨烯簡介/ 001
1.1 發展歷程 001
1.2 結構與性質 002
1.3 分類及命名 004
1.4 結構表徵與性能測量 005
1.4.1 光學顯微分析 005
1.4.2 拉曼光譜分析 006
1.4.3 電子顯微分析 007
1.4.4 掃描探針顯微分析 008
1.4.5 其他表徵技術 008
1.4.6 電學性能測量 008
1.5 石墨烯的應用 010
1.6 製備方法 011
參考文獻 012
第2 章 化學氣相沉積技術/ 017
2.1 CVD 的特徵、分類及發展 017
2.1.1 CVD的特徵 017
2.1.2 CVD的分類 018
2.1.3 CVD的發展 020
2.2 CVD 反應原理 021
2.2.1 CVD反應過程 021
2.2.2 CVD反應類型 022
2.2.3 CVD的熱、動力學原理 024
2.3 真空技術基礎 028
2.3.1 真空的概念及分類 028
2.3.2 真空系統抽氣過程定量描述 029
2.3.3 真空系統及真空泵 031
2.3.4 真空測量及真空檢漏 032
2.4 CVD 系統簡介 034
2.4.1 CVD系統的組成 034
2.4.2 常見CVD系統 035
2.5 CVD 反應過程控制 040
2.5.1 CVD反應的主要參數 040
2.5.2 CVD工藝參數及過程控制 041
2.6 CVD 製備石墨烯概述 042
2.6.1 CVD製備石墨烯的發展歷程 042
2.6.2 CVD製備石墨烯的分類 044
參考文獻 045
第3 章 石墨烯的成核與生長/ 047
3.1 石墨烯CVD 生長過程 047
3.2 氣相反應 048
3.3 甲烷的吸附與分解 050
3.4 活性基團 052
3.5 石墨烯的成核 055
3.6 石墨烯單晶的生長形狀 060
3.6.1 Wulff構型 060
3.6.2 熱力學平衡結構 060
3.6.3 動力學穩定性和生長行為 063
3.6.4 單晶形狀的實驗結果 064
參考文獻 078
第4 章 石墨烯單晶製備/ 081
4.1 石墨烯成核密度的控制 081
4.1.1 基底表面的影響 081
4.1.2 碳雜質的影響 082
4.1.3 溫度的影響 086
4.1.4 甲烷和氫氣的影響 088
4.1.5 限域生長 089
4.1.6 氧的影響 090
4.1.7 基底表面鈍化 093
4.1.8 多級生長 094
4.1.9 定位成核 095
4.2 同取向外延生長 098
4.2.1 大面積Cu (111)單晶基底製備 099
4.2.2 石墨烯的外延生長 103
參考文獻 105
第5 章 石墨烯的層數控制/ 107
5.1 表面控制生長 108
5.1.1 共生長 109
5.1.2 面上生長 111
5.1.3 面下生長 121
5.1.4 影響石墨烯層數的因素 125
5.2 溶解度控制生長 143
5.2.1 降溫速度控制 144
5.2.2 容量控制 144
5.2.3 溶解度控制 146
參考文獻 148
第6 章 石墨烯薄膜的轉移/ 151
6.1 聚合物輔助基底刻蝕法 151
6.1.1 PDMS輔助轉移 152
6.1.2 PMMA輔助轉移 154
6.1.3 TRT輔助轉移 157
6.2 聚合物輔助剝離法 157
6.2.1 機械剝離 158
6.2.2 電化學剝離轉移 161
6.3 直接轉移法 166
6.3.1 熱層壓法 166
6.3.2 靜電吸附 167
6.3.3 “面對面”轉移 170
6.3.4 自組裝層 171
參考文獻 172
第7 章 面向工業應用的石墨烯薄膜製備/ 175
7.1 低溫製備技術 175
7.1.1 TCVD法 176
7.1.2 PECVD法 188
7.2 非金屬基底製備技術 193
7.2.1 半導體/絕緣介質基底 193
7.2.2 h-BN基底 209
7.2.3 玻璃基底 211
7.2.4 其他半導體或高k介質基底 215
7.3 大面積及工業化製備 217
7.3.1 片式製備 217
7.3.2 卷對卷製備與轉移 218
參考文獻 223
第8 章 總結與展望/ 228
參考文獻 232
1.1 發展歷程 001
1.2 結構與性質 002
1.3 分類及命名 004
1.4 結構表徵與性能測量 005
1.4.1 光學顯微分析 005
1.4.2 拉曼光譜分析 006
1.4.3 電子顯微分析 007
1.4.4 掃描探針顯微分析 008
1.4.5 其他表徵技術 008
1.4.6 電學性能測量 008
1.5 石墨烯的應用 010
1.6 製備方法 011
參考文獻 012
第2 章 化學氣相沉積技術/ 017
2.1 CVD 的特徵、分類及發展 017
2.1.1 CVD的特徵 017
2.1.2 CVD的分類 018
2.1.3 CVD的發展 020
2.2 CVD 反應原理 021
2.2.1 CVD反應過程 021
2.2.2 CVD反應類型 022
2.2.3 CVD的熱、動力學原理 024
2.3 真空技術基礎 028
2.3.1 真空的概念及分類 028
2.3.2 真空系統抽氣過程定量描述 029
2.3.3 真空系統及真空泵 031
2.3.4 真空測量及真空檢漏 032
2.4 CVD 系統簡介 034
2.4.1 CVD系統的組成 034
2.4.2 常見CVD系統 035
2.5 CVD 反應過程控制 040
2.5.1 CVD反應的主要參數 040
2.5.2 CVD工藝參數及過程控制 041
2.6 CVD 製備石墨烯概述 042
2.6.1 CVD製備石墨烯的發展歷程 042
2.6.2 CVD製備石墨烯的分類 044
參考文獻 045
第3 章 石墨烯的成核與生長/ 047
3.1 石墨烯CVD 生長過程 047
3.2 氣相反應 048
3.3 甲烷的吸附與分解 050
3.4 活性基團 052
3.5 石墨烯的成核 055
3.6 石墨烯單晶的生長形狀 060
3.6.1 Wulff構型 060
3.6.2 熱力學平衡結構 060
3.6.3 動力學穩定性和生長行為 063
3.6.4 單晶形狀的實驗結果 064
參考文獻 078
第4 章 石墨烯單晶製備/ 081
4.1 石墨烯成核密度的控制 081
4.1.1 基底表面的影響 081
4.1.2 碳雜質的影響 082
4.1.3 溫度的影響 086
4.1.4 甲烷和氫氣的影響 088
4.1.5 限域生長 089
4.1.6 氧的影響 090
4.1.7 基底表面鈍化 093
4.1.8 多級生長 094
4.1.9 定位成核 095
4.2 同取向外延生長 098
4.2.1 大面積Cu (111)單晶基底製備 099
4.2.2 石墨烯的外延生長 103
參考文獻 105
第5 章 石墨烯的層數控制/ 107
5.1 表面控制生長 108
5.1.1 共生長 109
5.1.2 面上生長 111
5.1.3 面下生長 121
5.1.4 影響石墨烯層數的因素 125
5.2 溶解度控制生長 143
5.2.1 降溫速度控制 144
5.2.2 容量控制 144
5.2.3 溶解度控制 146
參考文獻 148
第6 章 石墨烯薄膜的轉移/ 151
6.1 聚合物輔助基底刻蝕法 151
6.1.1 PDMS輔助轉移 152
6.1.2 PMMA輔助轉移 154
6.1.3 TRT輔助轉移 157
6.2 聚合物輔助剝離法 157
6.2.1 機械剝離 158
6.2.2 電化學剝離轉移 161
6.3 直接轉移法 166
6.3.1 熱層壓法 166
6.3.2 靜電吸附 167
6.3.3 “面對面”轉移 170
6.3.4 自組裝層 171
參考文獻 172
第7 章 面向工業應用的石墨烯薄膜製備/ 175
7.1 低溫製備技術 175
7.1.1 TCVD法 176
7.1.2 PECVD法 188
7.2 非金屬基底製備技術 193
7.2.1 半導體/絕緣介質基底 193
7.2.2 h-BN基底 209
7.2.3 玻璃基底 211
7.2.4 其他半導體或高k介質基底 215
7.3 大面積及工業化製備 217
7.3.1 片式製備 217
7.3.2 卷對卷製備與轉移 218
參考文獻 223
第8 章 總結與展望/ 228
參考文獻 232
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