[论文解读] Graphene Synthesis by Surface Segregation on Ni and Cu

Qingkai Yu, Jie Lian+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2008

Graphene research and applications被引用 5

一句话总结

本文提出了一种在常压下通过镍（Ni）和铜（Cu）基底上的碳表面偏析合成高质量石墨烯的方法。通过控制镍中高温碳溶解后的冷却速率，作者实现了厚度均匀、结晶性良好的石墨烯薄膜，且在通过湿法蚀刻转移至绝缘基底后仍保持其质量。

ABSTRACT

We report an approach to synthesize high quality graphene by surface segregation and substrate transfer. Graphene was segregated from Ni surface under the ambient pressure by dissolving carbon in Ni at high temperatures followed by cooling down with various rates. Different cooling rates led to different segregation behaviors, strongly affecting the thickness and quality of the graphene films. Electron microscopy and Raman spectroscopy indicated that the graphene films synthesized with medium cooling rates have high quality crystalline structure and well-controlled thicknesses. The graphene films were transferred to insulating substrates by wet etching and found to maintain their high quality.

研究动机与目标

• 开发一种可扩展的、常压下合成高质量石墨烯薄膜的方法。
• 研究冷却速率对镍基底表面偏析过程中石墨烯厚度和结晶性的影响。
• 实现在绝缘基底上无退化地转移高质量石墨烯。
• 优化合成参数以获得均匀的单层或少层石墨烯薄膜。

提出的方法

• 在常压下将碳溶解至镍（Ni）基底中，温度较高。
• 通过不同速率的可控冷却，诱导碳在表面偏析，从而在镍表面形成石墨烯层。
• 利用电子显微镜和拉曼光谱表征所合成石墨烯的结构质量和厚度。
• 采用湿法蚀刻将石墨烯薄膜从镍基底转移至绝缘基底。
• 系统性地改变冷却速率，以研究其对石墨烯形貌和结晶性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在镍基底上碳偏析过程中，冷却速率如何影响所合成石墨烯的厚度和结晶性？
• RQ2 是否能够通过表面偏析在常压下合成高质量的单层或少层石墨烯？
• RQ3 石墨烯在转移至绝缘基底后，其质量在多大程度上得以保持？
• RQ4 基底材料（Ni 与 Cu）在通过表面偏析控制石墨烯生长中起什么作用？

主要发现

• 采用中等冷却速率合成的石墨烯薄膜表现出最高的结晶质量及最均匀的厚度。
• 电子显微镜证实了镍基底上存在连续的单层或少层石墨烯薄膜。
• 拉曼光谱显示缺陷密度较低，且2D/G峰强度比高，表明结构质量优异。
• 通过湿法蚀刻将石墨烯薄膜转移至绝缘基底后，其高质量特性得以保持。
• 冷却速率被确定为影响偏析行为和薄膜均匀性的关键参数。