二维结构石墨烯的优异性能使其成为近年来化学、物理和材料科学领域的研究热点。本文以热解石墨为碳源,采用脉冲激光沉积法在单晶 CU(111)衬底上制备了石墨烯薄膜,并比较了高真空气氛和氢气气氛对石墨烯薄膜沉积的影响。薄膜沉积的实验条件由衬底温度、氢分压和脉冲宽度决定。用原子力显微镜、高分辨透射电镜、选区电子衍射和拉曼光谱研究了薄膜的微观形貌和结晶度。研究发现,衬底温度和氢气压力主要决定石墨烯薄膜的结晶度。石墨烯是典型的二维碳原子材料,具有致密的蜂窝状结构。自发现以来,它以其优异的性能引起了越来越多的关注。理论上,石墨烯的比表面积高达 2600m2PG,具有优异的导热性(3000W·M-1·k-1)和机械性能(1060GPa),以及在室温下的高电子迁移率(15000 CM2·V-1·s-1),这使得它在单分子探测器、储氢材料、,场效应晶体管等量子器件、功能复合材料等。起初,人们发现石墨烯是通过胶带剥离石墨得到的。目前,石墨烯的主要制备方法有:微机械剥离法、定向后生法、外延生长法、石墨氧化物还原法和过渡金属衬底化学气相沉积法(CVD)
目前,关于脉冲激光沉积石墨烯薄膜的报道很少。脉冲激光沉积是将高功率脉冲激光聚焦在目标表面,使目标表面瞬间产生高温高压等离子体。等离子体通过定向局部膨胀发射,并沉积在衬底上形成薄膜。E.Cappelli 等人研究了衬底温度对脉冲激光沉积碳膜生长的影响。研究表明,碳原子在高温下倾向于形成 Sp2 结构,这有利于石墨烯薄膜的形成。M.Liu 等人研究了不同衬底对薄膜沉积的影响。结果表明,石墨烯薄膜在 SiC/Al2O3(0001)和 Ni/Al2O3(0001)衬底上成功生长。安杰特。T.Koh 等人 [19] 研究了在不同金属衬底上制备的具有低缺陷的多层石墨烯的生长机制。结果表明,石墨烯(Ni,CU)晶格常数最接近的金属衬底更有利于制备高质量、低缺陷的石墨烯薄膜,本文采用脉冲激光沉积法探索了不同气氛下制备石墨烯的适宜工艺条件,研究了氢气氛对石墨烯生长的影响,并与真空气氛下制备石墨烯进行了比较。这为物理气相沉积法制备石墨烯提供了一条新途径。