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

(顯示材料與技術廣東省重點實驗室光電材料與技術國家重點實驗室 中山大學物理科學與工程技術學院 廣州 510275)

　　直立少層石墨烯由于具有原子級尖銳的邊緣，因而場發射增強因子較大，并具有優異的電子傳輸特性和二維的導熱區域，使其在場發射器件上擁有很好的應用潛力;另外由于其比表面積非常大，也可應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構決定了其應用，因此如何控制其形貌和結構生長成為了研究的熱點，目前關于用微波等離子體法制備直立少層石墨烯已有報道，然而實現平行方向可控制備的直立少層石墨烯是技術難點。利用微波等離子體化學氣相沉積法制備了平行排列的直立少層石墨烯。看到平行排列和隨機排列的直立少層石墨烯都是透明的片狀結構，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為2-4 層，底端的層數為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構，可使等離子鞘層電場分布和方向發生改變。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解釋。計算表明，本實驗中產生的鞘層電場強度為0.35 V/mm，當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作用。因此，鞘層電場足以對直立石墨烯的生長方向產生作用。