石墨烯的化學氣相沉積生長方法

第 1章　碳的成鍵結構與同素異形體001
1.1 碳的成鍵原理與成鍵結構003
1.1.1 非共軛σ 鍵與π 鍵的形成003
1.1.2 離域π 鍵006
1.2 碳的同素異形體009
1.2.1 金剛石009
1.2.2 石墨與石墨烯010
1.2.3 富勒烯016
1.2.4 碳納米管018
1.2.5 石墨炔020
1.2.6 長鏈卡賓023
1.3 同素異形體間的相互轉換023
參考文獻027
第章　石墨烯生長的基本概念031
2.1 化學氣相沉積技術033
2.1.1 基本定義033
2.1.2 實驗條件和分類方法034
2.2 碳源裂解反應042
2.2.1 氣相碳源裂解過程042
2.2.2 生長襯底表面的碳源裂解過程045
2.3 生長動力學047
2.3.1 金屬襯底溶碳能力的影響047
2.3.2 生長基元步驟048
2.3.3 生長邊緣結構061
2.4 氫氣的作用068
參考文獻075
第3章　石墨烯在金屬襯底上的催化生長079
3.1 銅表面上的生長087
3.1.1 表面自限制生長087
3.1.2 雙層石墨烯的生長方法095
3.2 鎳表面上的生長100
3.2.1 偏析生長100
3.2.2 層數(shù)控制107
3.3 其他金屬表面上的生長111
3.3.1 ⅠB ⅡB 族過渡金屬上石墨烯的生長111
3.3.2 ⅧB 族過渡金屬上石墨烯的生長112
3.3.3 ⅣB ⅥB 族過渡金屬上石墨烯的生長115
3.3.4 ⅦB 族過渡金屬上石墨烯的生長116
3.4 合金表面上的生長117
3.4.1 Cu Ni合金118
3.4.2 Ni Mo合金120
3.4.3 Au Ni和Pd Co合金122
3.5 晶面取向對生長的影響123
3.5.1 晶面對石墨烯生長速度的影響124
3.5.2 晶面對石墨烯取向的影響126
3.5.3 晶面對石墨烯形狀的影響129
3.5.4 襯底晶面與石墨烯的相互作用131
3.6 褶皺的定義與形成機制132
3.6.1 熱力學導致的本征漣漪132
3.6.2 化學氣相沉積生長過程形成的褶皺134
3.6.3 轉移過程導致的褶皺136
3.6.4 褶皺對石墨烯性質的影響137
3.6.5 無褶皺石墨烯的生長方法141
參考文獻145
第4章　石墨烯在絕緣襯底上的生長151
4.1 絕緣襯底的特殊性153
4.1.1 碳源熱裂解154
4.1.2 傳質和表面反應過程155
4.2 絕緣襯底上的石墨烯生長方法159
4.2.1 熱裂解生長方法159
4.2.2 等離子體增強化學氣相沉積生長方法162
4.2.3 催化劑輔助生長法164
4.3 六方氮化硼表面生長石墨烯167
4.3.1 六方氮化硼表面生長石墨烯的意義167
4.3.2 六方氮化硼表面生長石墨烯的方法171
參考文獻179
第5章　大單晶石墨烯的生長方法185
5.1 成核189
5.1.1 成核過程189
5.1.2 成核密度與成核勢壘195
5.2 疇區(qū)拼接199
5.3 大單晶石墨烯的生長方法203
5.3.1 單一成核位點外延生長方法204
5.3.2 多點同取向成核的無縫拼接法216
參考文獻223
第6章　超潔凈石墨烯的制備方法227
6.1 CVD 生長過程中石墨烯的本征污染問題229
6.2 本征污染的成因238
6.2.1 氣相反應的復雜性238
6.2.2 襯底表面上的碳化和石墨化過程242
6.3 直接生長法制備超潔凈石墨烯247
6.3.1 泡沫銅助催化生長法249
6.3.2 含銅碳源助催化生長法253
6.4 后處理法制備超潔凈石墨烯257
6.4.1 二氧化碳氧化刻蝕技術257
6.4.2 魔力粘毛輥技術261
參考文獻264
第7章　摻雜石墨烯的生長方法267
7.1 石墨烯的摻雜類型269
7.2 單一元素摻雜272
7.2.1 氮摻雜272
7.2.2 硼摻雜280
7.2.3 其他元素摻雜285
7.3 多元素共摻雜288
7.3.1 硼氮共摻雜288
7.3.2 選區(qū)摻雜290
7.4 摻雜結構的調控294
參考文獻299
第8章　石墨烯玻璃的CVD 生長方法303
8.1 玻璃的化學組成及其作為CVD 生長襯底的特殊性306
8.2 石墨烯玻璃的高溫生長方法308
8.2.1 常壓CVD 生長法308
8.2.2 低壓CVD 生長法311
8.2.3 熔融床CVD 生長法313
8.3 石墨烯玻璃的PECVD 生長方法316
8.3.1 垂直取向石墨烯的PECVD 生長317
8.3.2 水平取向石墨烯的PECVD 生長319
8.4 石墨烯玻璃的規(guī)?；苽?20
8.4.1 規(guī)?；苽溲b備320
8.4.2 規(guī)?；苽涔に?22
8.5 石墨烯玻璃的應用展望323
參考文獻327
第9章　粉體石墨烯的CVD 生長方法331
9.1 粉體石墨烯的常規(guī)制備方法334
9.1.1 氧化還原法334
9.1.2 液相剝離法335
9.1.3 其他方法335
9.2 粉體石墨烯的模板CVD 生長方法336
9.2.1 金屬顆粒模板法336
9.2.2 非金屬顆粒模板法338
9.2.3 復雜分級結構石墨烯的模板生長法342
9.3 粉體石墨烯的無模板CVD 生長方法348
9.3.1 微波等離子體輔助生長法348
9.3.2 電弧放電生長法349
9.4 粉體石墨烯的生長機制349
參考文獻350
第 10章　泡沫石墨烯的制備方法353
10.1 泡沫石墨烯材料355
10.2 組裝法制備泡沫石墨烯356
10.2.1 水熱還原法356
10.2.2 化學還原法359
10.2.3 冷凍干燥法360
10.2.4 3D 打印法361
10.2.5 其他方法362
10.3 化學氣相沉積法制備泡沫石墨烯364
10.3.1 模板法364
10.3.2 無模板法375
參考文獻378
第 11章　石墨烯薄膜的規(guī)模化生長技術381
11.1 制備工藝384
11.1.1 批次制程384
11.1.2 卷對卷制程386
11.2 工業(yè)級別的制備裝備388
11.2.1 熱壁化學氣相沉積388
11.2.2 冷壁化學氣相沉積390
11.2.3 等離子體化學氣相沉積393
11.3 批量制備的關鍵參數(shù)396
11.3.1 碳源396
11.3.2 腔體壓力398
參考文獻401
第 12章　轉移技術405
12.1 聚合物輔助轉移法407
12.2 電化學鼓泡法411
12.3 插層轉移法415
12.4 機械剝離法418
參考文獻421
索引424