石墨烯是由碳原子以雜化軌道組成的呈六角型蜂窩狀的新型二維材料。石墨烯特殊的晶格結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了其奇特的電子能帶結(jié)構(gòu),使其具有許多優(yōu)良的材料特性,如超高的電子遷移率、優(yōu)良的導(dǎo)熱性、高的力學(xué)強(qiáng)度、寬波段光譜吸收、長(zhǎng)的載流子壽命等等。因此,石墨烯在光電探測(cè)、太陽(yáng)能電池、傳感、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域呈現(xiàn)出巨大應(yīng)用價(jià)值。由于石墨烯只有單原子厚度且光電導(dǎo)率低,所以在可見(jiàn)光到近紅外光范圍內(nèi),石墨烯在垂直照射的情況下僅吸收2.3%的入射光。石墨烯與光之間的相互作用非常弱,很大程度上限制了其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用前景。因此如何提高石墨烯的光吸收率,進(jìn)而調(diào)控石墨烯對(duì)光的吸收,成為了目前石墨烯研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。為了提高石墨烯對(duì)光的吸收效率,本文建立了三種含有石墨烯缺陷的一維光子晶體模型,利用這種傳輸矩陣法對(duì)所建立的模型在可見(jiàn)光到近紅外光范圍內(nèi)的光學(xué)特性進(jìn)行理論計(jì)算,并通過(guò)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。重點(diǎn)研究了模型內(nèi)部參數(shù)和外界條件等因素對(duì)三種模型的吸收特性的影響,并分析所得結(jié)果出現(xiàn)的原因。研究結(jié)果表明:當(dāng)在光子晶體引入石墨烯缺陷后,形成了微腔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了光的局域化,進(jìn)而可將石墨烯對(duì)可見(jiàn)-近紅外光波的吸收可以提高至100%,甚至可實(shí)現(xiàn)石墨烯的雙頻完美吸收,而且可以通過(guò)改變相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)、入射角度、外加電壓調(diào)控石墨烯吸收峰的位置與個(gè)數(shù),從而實(shí)現(xiàn)人工調(diào)控石墨烯光吸收的目的。本文為石墨烯吸收劑研究提供了的理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用的設(shè)計(jì)理念,為其未來(lái)在光學(xué)探測(cè)器、濾波器以及傳感器方面的應(yīng)用提供了指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：O734
【部分圖文】：

擁有極高的電子遷移率。來(lái)自哥倫比亞大學(xué)的ＫｉｒｉｌｌＢｄｏｔｉｎ在室溫下遷移率可高達(dá)２．５Ｘｌ〇５ｃｍ２／（Ｖ?ｓ），超過(guò)硅１００倍以上％。且它的電子受溫度的影響。石墨烯還具有超強(qiáng)導(dǎo)電性，在其晶體上施加一個(gè)電壓），測(cè)定石墨烯在室溫下的電導(dǎo)率可達(dá)１０６Ｓ／ｍ，面電阻約為３１Ｑ／ｓｐ，的材料之一【１３］。除此之外，石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行２ｅ２／ｊ，６ｅ２／々，?１０ｅ２Ｍ…為量子電導(dǎo)的奇數(shù)倍，且可以在室溫Ｆ觀測(cè)到。同很高，無(wú)比堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上１００倍［１４】。石墨材料，導(dǎo)熱性能優(yōu)異。美國(guó)加州大學(xué)的科學(xué)家Ｂａｌａｎｄｉｎ等人利用微拉下石墨烯的熱導(dǎo)率的大小約為５３００?Ｗ／（ｍ＿Ｋｐ５ｌ，在存在基底界面散然可以達(dá)到１０００Ｗ／（ｍ?ｌＣ）ｌ１６，１７ｊ。研宄結(jié)論表明，石墨烯的熱導(dǎo)率非常所發(fā)現(xiàn)的材料中最高的，遠(yuǎn)大于單壁碳納米管與多壁碳納米管兩者的的散熱迅速，使得其在散熱材料以及熱管理領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Α??

第一章緒論紅外和可見(jiàn)光波段具有極佳的光透射性，其透明性與入射光波有線性關(guān)系，如圖１．２所示ｔ１９ｌ。石墨烯的獨(dú)特能帶結(jié)構(gòu)，使它光，而且柔初性很高，可以用作太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電膜，因ＦＴＯ）和氧化銦錫（ＩＴＯ）脆性缺陷和資源稀缺等問(wèn)題，此外，作為液晶設(shè)備、超級(jí)電容器的電極材料ｌ２Ｇ］。相對(duì)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)墨烯薄膜具有更低的飽和強(qiáng)度和更高的光載流子密度，這就表外光范圍內(nèi)的照射下非常容易達(dá)到飽和，它的這一性質(zhì)使其可飽和吸收體，從而產(chǎn)生超快激光｜２Ｇ１。??

圖１．４石墨烯在不同情況下的光吸收率??最近有研究表明，石墨烯和等離子體激元結(jié)構(gòu)的組合可以改善石墨烯基光電探測(cè)器??的性能１２４—２＇?２０１３年，Ｍａｈｄｉｅｈ等人設(shè)計(jì)了如圖１．３所示的金屬納米結(jié)構(gòu)來(lái)提高石墨烯??的光吸收效率［２８】。圖中黃色部分是側(cè)面為梯形間隔相等的金薄條，Ｐ表示薄條的間隔周??期，ｇ是梯形斜邊頂端到豎直方向的距離，ｗ和／？分別表示梯形的寬度和高度。淡粉色??部分是六角氮化硼（ｈｅｘａｇｏｎａｌ－Ｂｏｒｏｎ?Ｎｉｔｒｉｄｅ，?ｈ－ＢＮ），灰色部分為單層石墨？，厚度為０．３４??ｎｍ，白色部分是二氧化硅襯底。在金薄條和石墨烯之間以及二氧化硅襯底和石墨烯之間??分別加入厚度為１?ｎｍ和２?ｎｍ的ｈ－ＢＮ，作為電子隧道勢(shì)壘，防止載流子在石墨烯和金??屬間的遷移，從而降低器件的高量子效率�，F(xiàn)有的研究基本都選用金（Ａｕ）這種貴金屬，??５??
【參考文獻(xiàn)】

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