在石墨烯的化学气相沉积工艺中, 铜箔是决定石墨烯薄膜质量的重要因素。传统铜箔由于制备工艺的限制, 存在大量的缺陷, 导致石墨烯薄膜的成核密度较高。本工作选用抛光铝板、抛光不锈钢板、微晶玻璃和SiO2/Si作为基材, 用热蒸镀法制备了不同粗糙度的铜箔, 并详细讨论了以该系列铜箔生长高平整度石墨烯薄膜的条件及铜箔对石墨烯薄膜品质的影响。实验结果表明, 铜箔以(111)取向为主, 与基材分离后, 表面具有纳米级平整度。在生长石墨烯后, 从SiO2/Si剥离的铜箔成核密度是4种基材中最小的。同时, 从SiO2/Si剥离的铜箔晶体结构变化最不明显, 具有良好的结晶性, 表面几乎不存在铜晶界缺陷。当压强为3 000 Pa, 氢气和甲烷流速分别为300 mL/min和0.5 mL/min时, 可以获得约1 mm横向尺寸的石墨烯单晶晶畴。

以新型的石墨烯材料为压力敏感膜, 设计了一种基于法布里-珀罗干涉的光纤微压传感器。利用薄膜光学理论, 分析了不同层数石墨烯膜的反射率特性。仿真结果表明, 增加层数可以提高石墨烯膜的反射率。根据光传输矩阵的理论, 研究并模拟了法珀腔的几何参数对反射信号的影响。通过分析对比几种大挠度圆膜应变的理论, 建立了石墨烯薄膜的压力敏感特性模型, 并利用ANSYS静态力学非线性对模型的挠度形变特性进行有限元仿真, 验证了模型的准确性, 为设计制作基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器提供了理论基础。

本文提出了一种石墨烯薄膜的自组装制备技术, 获得了高导电、高透明的均匀石墨烯薄膜,并对其进行了参数测试和光谱特性研究。研究表明此方法制备的石墨烯薄膜具有杂质含量少、高导电、高透明、膜厚均匀可控等优点,其平均透过率达到80%,方阻最低可达到0.2 Ω/sq,在透明电极和有机光电子学领域有重要应用前景。