Fe-Ni-Cr膜上石墨烯的制备、生长过程及其场发射特性研究

Fe-Ni-Cr膜上石墨烯的制备、生长过程及其场发射特性研究

论文摘要

本文利用微波等离子体化学气相沉积方法制备了石墨烯薄膜。通过对不同种类和结构的催化剂膜上制备出不同结构的碳膜,并对不同结构的碳膜的生长过程进行了研究;对石墨烯薄膜进行场发射特性探讨分析,找到场发射特性较好的石墨烯薄膜。通过研究,获得的结论如下:1、Ni膜上碳膜结构的研究:通过对Ni膜厚度及不同沉积温度分别对Ni膜上碳膜结构的影响研究发现,Ni膜的厚度越小,同样温度下形成的颗粒尺寸也越小,较小的颗粒尺寸有利于纳米碳结构的生成,但碳结构的类型差别不大;500。C制备的样品主要是包裹在Ni颗粒上的纳米石墨片,而400。C制备的样品是纳米石墨片和碳纳米管复合物;可以得出结论:在Ni膜上没有制备出石墨烯薄膜。2、Fe-Ni-Cr膜上碳膜结构的研究:通过多次实验在Fe-Ni-Cr膜沉积碳膜并进行扫描电子显微镜(SEM), Raman光谱和透射电子显微镜(TEM)进行表征,得出结论:在一定的PECVD条件下可以制备出少层石墨烯结构;3, Fe-Ni-Cr膜厚度和不同衬底对石墨烯薄膜结构的影响:通过对催化剂膜的不同厚度和三种不同衬底对石墨烯结构的影响研究发现,用Fe-Ni-Cr膜在一定的厚度范围内作为催化剂可以制备石墨烯。10min时的Fe-Ni-Cr膜较适宜碳膜的生长;不同衬底上均制备出质量较好的石墨烯薄膜4, Fe-Ni-Cr对石墨烯催化生长过程的探讨:催化剂颗粒的大小影响石墨烯的生长速度和结构特征,粒度越小,生长速度越快,越有利于石墨烯的生长。Fe-Ni-Cr膜在CVD生长过程会由于高温会再结晶成更大的颗粒。硅衬底的粗糙度约为0.9nm,陶瓷衬底的粗糙度约为2μm,粗糙的表面阻碍了Fe-Ni-Cr颗粒的长大。两种衬底上催化剂的粒度分别约为20nm和100nnm,相应的硅衬底上10min后石墨烯才停止生长,而陶瓷衬底上生长1min后石墨烯片基本上就不再长大,并且由于催化剂粒度小,石墨烯的密度更大,层数更少。5、石墨烯薄膜场发射性能:对在单晶硅衬底、陶瓷衬底和不锈钢片衬底上制备出的石墨烯薄膜,进行场发射测试。稳定后,单晶硅衬底上石墨烯薄膜的开启电场为1.2V/gm,在2.4V/gm时电流密度达到900μA/cm2;陶瓷衬底上石墨烯薄膜的开启电场为1.26V/μm,当电场强度为2.2V/μm时电流密度为2.1mA/cm2;不锈钢片衬底上石墨烯薄膜的开启电场为2.17V/gm,在电场为3.67V/gmm时,电流密度为6.11mA/cm2。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 石墨烯概述
  • 1.1.1 石墨烯的结构
  • 1.1.2 石墨烯的性能
  • 1.1.3 石墨烯的场发射研究进展
  • 1.2 CVD方法制备石墨烯的研究进展
  • 1.2.1 衬底
  • 1.2.2 催化剂
  • 1.2.3 CVD制备条件
  • 1.2.4 生长机理研究
  • 1.3 本文主要研究工作
  • 2 实验
  • 2.1 实验方案
  • 2.2 实验过程
  • 2.3 实验设备
  • 2.3.1 直流磁控溅射设备
  • 2.3.2 微波等离子体化学气相沉积系统
  • 2.3.3 场发射测试仪
  • 3 Ni膜和Fe-Ni-Cr膜上碳膜的结构
  • 3.1 镀有Ni膜的单晶硅衬底上碳膜的结构
  • 3.1.1 Ni膜的结构
  • 3.1.2 沉积温度对碳膜结构的影响
  • 3.1.3 Ni膜厚度对碳膜结构的影响
  • 3.1.4 Ni膜上不同碳结构生长过程
  • 3.2 Fe-Ni-Cr膜上碳膜的结构
  • 3.2.1 Fe-Ni-Cr膜的结构
  • 3.2.2 沉积温度对碳膜结构的影响
  • 3.3 本章小结
  • 4 石墨烯合成优化、生长过程和场发射特性
  • 4.1 Fe-Ni-Cr膜上石墨烯制备优化
  • 4.1.1 Fe-Ni-Cr膜厚度对石墨烯生长的影响
  • 4.1.2 衬底对石墨烯生长的影响
  • 4.2 石墨烯生长过程
  • 4.2.1 Fe-Ni-Cr膜上石墨烯生长过程
  • 4.2.2 陶瓷衬底上石墨烯的生长过程
  • 4.2.3 Fe-Ni-Cr对石墨烯催化生长过程的探讨
  • 4.3 石墨烯场发射特性
  • 4.3.1 单晶硅衬底上石墨烯的场发射特性
  • 4.3.2 陶瓷衬底上石墨烯的场发射特性
  • 4.3.3 不锈钢片上石墨烯的场发射特性
  • 4.4 本章小结
  • 5 结论
  • 6 参考文献
  • 7 个人简历、在学期间发表的学术论文
  • 8 致谢
  • 相关论文文献

    • [1].时效温度对Fe-Ni-Cr 沉淀强化合金焊缝显微组织及力学性能的影响[J]. 兰州理工大学学报 2019(05)
    • [2].脉冲频率对Fe-Ni-Cr合金镀层成分及耐蚀性的影响[J]. 腐蚀科学与防护技术 2015(04)
    • [3].电子探针在Fe-Ni-Cr基合金双极板表面结构研究中的应用[J]. 分析仪器 2013(01)
    • [4].占空比对Fe-Ni-Cr合金镀层成分及耐蚀性的影响[J]. 电镀与环保 2016(03)
    • [5].晶界相对Fe-Ni-Cr奥氏体合金氢脆的影响[J]. 金属学报 2008(09)
    • [6].脉冲电流法制备纳米晶Fe-Ni-Cr合金涂层的电沉积及表征(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2019(12)
    • [7].脉冲频率对Fe-Ni-Cr合金镀层成分及结构的影响[J]. 电镀与环保 2016(05)
    • [8].一种新型Fe-Ni-Cr基高温合金组织特征及平衡相析出热力学研究[J]. 稀有金属材料与工程 2016(06)
    • [9].电流密度对液压立柱表面Fe-Ni-Cr镀层性能的影响[J]. 矿山机械 2012(04)
    • [10].电沉积Fe-Ni-Cr纳米晶镀层的制备及性能研究[J]. 腐蚀科学与防护技术 2015(06)
    • [11].三价铬硫酸盐体系电镀Fe-Ni-Cr合金镀层的耐蚀性研究[J]. 腐蚀科学与防护技术 2011(02)
    • [12].分光光度法测定Fe-Ni-Cr三元合金镀层中的铬[J]. 福建分析测试 2009(04)
    • [13].时效强化型Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金冶金工艺及热处理研究[J]. 稀有金属 2016(09)
    • [14].电沉积仿不锈钢Fe-Ni-Cr合金镀层的工艺研究[J]. 电镀与精饰 2008(07)

    标签:;  ;  ;  ;  

    Fe-Ni-Cr膜上石墨烯的制备、生长过程及其场发射特性研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢