Cu-Ni体系气相沉积法石墨烯制备工艺及电化学性能研究

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1、硕士学位论文Cu-Ni体系气相沉积法石墨烯制备工艺及电化学性能研究RESEARCHONTHEPRODUCTIONOFGRAPHENEBYCu-NiALLOYBASEDCHEMICALVAPORDEPOSITIONANDTHEIRELECTROCHEMICALPROPERTIES张诗禹哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM912.9学校代码：10213国际图书分类号：541.136密级：公开工程硕士学位论文Cu-Ni体系气相沉积法石墨烯制备工艺及电化学性能研究硕士研究生：张诗禹导师：李邦盛教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月

2、授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C:541.136DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEPRODUCTIONOFGRAPHENEBYCu-NiALLOYBASEDCHEMICALVAPORDEPOSITIONANDTHEIRELECTROCHEMICALPROPERTIESCandidate：ZhangShiyuSupervisor：Prof.LiBangShengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpe

3、ciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要石墨烯作为被广泛关注的材料，在光电子和电子学等领域表现出非凡的性能，但其性能受到质量的严重影响，制备高质量的单晶石墨烯是至关重要的。化学气相沉积法通过精细的基底处理和工艺优化可以获得高质量的石墨烯薄膜，铜和镍是最常用的两种有着不同生长机理的合金催化基底，合理的结合其

4、二者优点利用铜镍合金作为生长基底是重要的解决之道。本论文研究目的在于探索Cu-Ni体系合金基底CVD法制备石墨烯的工艺及机理，研究多种工艺对不同成分铜镍合金上生长石墨烯的影响，将制备出的高质量石墨烯应用在超级电容器的结构中，并研究其电化学性能。本论文采用铜镍合金作为生长基底CVD法制备石墨烯，研究了不同合金成分下CVD工艺参数对石墨烯质量的影响规律，探索出了最佳生长基底和匹配的工艺参数范围，最终调控生长制备出了单层的单晶石墨烯，并将工艺优化的石墨烯修饰电极组装成超级电容器，研究了石墨烯结构对超级电容器的电化学性能的影响规律及机理。主要结论为合金基底需预先电解抛光，并退火适当时间，生长

5、温度、甲烷流量与石墨烯的形核率、尺寸和厚度呈正比，氢气流量也与石墨烯的形核率呈正比；Ni原子占比与石墨烯尺寸、厚度及褶皱密度正相关，与单晶性负相关；最佳工艺参数为Cu70Ni30作为合金基底，950℃退火30min，生长30s，甲烷流量为1sccm，氢气流量为100sccm，制备的石墨烯厚度小于2nm，且为单晶生长。修饰石墨烯组装的超级电容器在循环伏安测试中比容量达到了169.99F/g，提高了30.78%，且容量保持率达到了78.68%。在恒流充放电测试中充电比容量达到了100.74F/g、放电比容量达到了107.35F/g，分别提高了14.41%和19.49%，且保持率达到了80

6、.53和75.32%。并在1A/g的电流密度下库伦效率达到85%。本论文研究思路为控制铜镍合金的成分及化学气相沉积法的工艺参数，制备出高质量的石墨烯并应用在超级电容器中。由于CVD法制备石墨烯应用广泛，并且CVD石墨烯在储能器件方面的应用研究鲜有报道，因此本研究具有开创性意义和实用价值。关键词：石墨烯；化学气相沉积；铜镍合金；超级电容器；电化学性能IAbstractAbstractGrapheneisawidelyconcernedmaterialthatexhibitsextraordinaryperformanceinareassuchasoptoelectronicsandel

7、ectronics,butitsperformanceisseverelyaffectedbyquality.Therefore,itiscrucialtoproducehighqualitymonocrystallinegraphene.Highqualitygraphenefilmscanbeobtainedbychemicalvapordepositionthroughfinesubstratetreatmentandprocessoptimizat