平行排列的直立少層石墨烯的可控制備研究

唐 帥 張 宇 鄧少芝 陳 軍 許寧生

(顯示材料與技術(shù)廣東省重點實驗室光電材料與技術(shù)國家重點實驗室 中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院 廣州 510275)

　　直立少層石墨烯由于具有原子級尖銳的邊緣，因而場發(fā)射增強因子較大，并具有優(yōu)異的電子傳輸特性和二維的導(dǎo)熱區(qū)域，使其在場發(fā)射器件上擁有很好的應(yīng)用潛力;另外由于其比表面積非常大，也可應(yīng)用于制作超級電容器等儲能器件。

　　直立少層石墨烯的形貌和結(jié)構(gòu)決定了其應(yīng)用，因此如何控制其形貌和結(jié)構(gòu)生長成為了研究的熱點，目前關(guān)于用微波等離子體法制備直立少層石墨烯已有報道，然而實現(xiàn)平行方向可控制備的直立少層石墨烯是技術(shù)難點。利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法制備了平行排列的直立少層石墨烯�？吹狡叫信帕泻碗S機排列的直立少層石墨烯都是透明的片狀結(jié)構(gòu)，都垂直于襯底生長，但是在水平線方向排列有序度差別明顯，另外，平行排列的直立少層石墨烯比隨機排列的直立少層石墨烯的長度略長。制備的直立少層石墨烯尖端的層數(shù)為2-4 層，底端的層數(shù)為8-10 層，且層間間距為0.34 nm，符合單層石墨的厚度。直立少層石墨烯的生長方向由襯底表面等離子體鞘層電場分布所控制。微波等離子體腔體中，襯底表面存在等離子體鞘層電場，通過改變襯底表面結(jié)構(gòu)，可使等離子鞘層電場分布和方向發(fā)生改變。而鞘層電場的方向決定了直立少層石墨烯的生長方向。

　　因此，通過控制鞘層電場方向，就可以控制直立少層石墨烯的生長方向。我們進一步對鞘層電場的作用進行了詳細(xì)解釋。計算表明，本實驗中產(chǎn)生的鞘層電場強度為0.35 V/mm，當(dāng)襯底表面的局域電場強度大于0.1 V/mm 時，則電場將足以克服熱隨機性，對

　　直立少層石墨烯的生長方向起主導(dǎo)作用。因此，鞘層電場足以對直立石墨烯的生長方向產(chǎn)生作用。