發(fā)布時(shí)間：2021-12-10 10:09

　　為了推動(dòng)石墨烯在光電探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用,本論文開發(fā)了簡(jiǎn)便的葡萄糖小分子自下而上分子自組裝技術(shù)制備石墨烯薄膜,采用異質(zhì)元素晶格摻雜調(diào)控石墨烯帶隙,以鹽酸為Cl源制備Cl摻雜型多層石墨烯薄膜,以2、4、6-三胺基嘧啶為N源制備N摻雜型多層石墨烯薄膜,重點(diǎn)從它們的物性表征、帶隙變化和由其制備的光電探測(cè)器光電響應(yīng)性能入手分析兩種不同摻雜型石墨烯薄膜的摻雜效果、帶隙變化和光電響應(yīng)能力。具體結(jié)果如下:1.以鹽酸作為Cl源,以葡萄糖為碳源,制備Cl摻雜碳源前驅(qū)體后旋涂在石英片基底上,在800℃溫度下退火生長(zhǎng)制備Cl摻雜多層石墨烯薄膜。通過拉曼,TEM,XPS,傅里葉紅外,紫外-可見光吸收光譜表征證實(shí),所制備的石墨烯薄膜是缺陷較多的多層石墨烯薄膜,存在的缺陷打開了一定的石墨烯帶隙,鹽酸摻雜后通過公式計(jì)算得到三個(gè)摻雜比例Cl摻雜石墨烯薄膜帶隙值在一定范圍內(nèi)發(fā)生改變;通過蒸鍍叉指電極制備簡(jiǎn)單的Cl摻雜石墨烯薄膜光電探測(cè)器件,測(cè)試發(fā)現(xiàn)Cl摻雜比例較高的石墨烯薄膜制備得到的光電探測(cè)器光電響應(yīng)能力較好,對(duì)C/Cl=3/1摻雜比例的Cl摻雜石墨烯薄膜制備的光電探測(cè)器測(cè)試表明對(duì)紫外光有較高的響應(yīng)率和探測(cè)率。2.以2,4... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯結(jié)構(gòu)與帶隙(a)石墨烯結(jié)構(gòu)形態(tài);(b)石墨烯能帶形態(tài)

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4氫化鈉一類的強(qiáng)還原劑化學(xué)還原或者其它方式還原成石墨烯[19]。該方法制備石墨烯的示意圖如圖1.2所示。氧化還原法一開始使用的強(qiáng)氧化劑和還原劑腐蝕性比較大或帶有毒性，對(duì)人體和環(huán)境都有一定的損害，后來科研人員不斷改進(jìn)氧化方式和還原方式，開發(fā)了許多效率高且安全環(huán)保操作簡(jiǎn)便的方法，其中新的還原方式就有熱膨脹還原[20]、電化學(xué)還原[21]、輻照還原[22]等。2012年ShindeDB[23]等使用電化學(xué)法在90℃溫度下使用LiClO4處理碳酸丙烯中的碳納米管制備出帶有量子點(diǎn)的石墨烯，其量子點(diǎn)的尺寸在3nm-8nm之間可調(diào)。2015年ShangY等[24]用銅棒和石墨棒為電極直接對(duì)氧化石墨通電電解,在沒有任何化學(xué)穩(wěn)定劑的情況下,通過控制石墨層間的靜電力,制備出附著于銅陽極的石墨烯薄膜。2016年KumarR團(tuán)隊(duì)[25]分別將氧化石墨烯和硝酸鋅各自溶解在無水乙醇溶液中，經(jīng)攪拌混合均勻后利用微波進(jìn)行加熱還原，在這個(gè)過程中氧化石墨烯得到還原生成石墨烯并與反應(yīng)得到的氧化鋅構(gòu)成一種復(fù)合物。圖1.2氧化還原法制備石墨烯示意圖[18]Fig1.2Graphenegrowthbyoxidation-reductionmethod[18]氧化還原法制備的石墨烯方法簡(jiǎn)便成本較低,可實(shí)現(xiàn)石墨烯的批量生產(chǎn)，并且可以生產(chǎn)出具有廣泛應(yīng)用前景的功能化的氧化石墨烯，使石墨烯的應(yīng)用范圍得到拓展，但是該方法也存在著很大的缺陷，經(jīng)過強(qiáng)氧化劑氧化過的石墨無法完全還原，導(dǎo)致一些電學(xué)、光學(xué)等性能損失,尤其是導(dǎo)電性等。1.3.4化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法簡(jiǎn)稱CVD法，該方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，它可以獲得大面積,厚度可控的高質(zhì)量石墨烯,是半導(dǎo)體制造工藝中應(yīng)用廣泛的石墨烯制備技術(shù)[26]。該方法一開始應(yīng)用于生長(zhǎng)制備碳納米管，經(jīng)過工藝改良后用來制備石墨烯薄膜，制

σ歡ㄊ奔浜蠼?欣淙矗?淙垂?討薪鶚艋?底表面會(huì)形成數(shù)層或單層石墨烯薄膜，CVD法生長(zhǎng)石墨烯示意圖如圖1.3所示。CVD方法的代表作是2009年XuesongLi等[30]在銅襯底上以CH4為前驅(qū)體用該法第一次制備出高質(zhì)量的單層石墨烯薄膜，用該方法制備的石墨烯尺寸達(dá)到厘米級(jí)，在銅襯底上連續(xù)分布，由于C原子在Cu原子中的微溶解度導(dǎo)致自限制效應(yīng)使生長(zhǎng)得到的大部分石墨烯都單層，只有小于5%的面積為多層。李等還開發(fā)了可以向任意襯底轉(zhuǎn)移的技術(shù)，并以Si/SiO2襯底成功的制備了有雙門場(chǎng)效應(yīng)的三極管，推進(jìn)了石墨烯異質(zhì)結(jié)領(lǐng)域的實(shí)用化。圖1.3CVD法生長(zhǎng)石墨烯示意圖Fig1.3GraphenegrowthbyCVDmethodCVD法使用的溫度比外延生長(zhǎng)法低很多，使生長(zhǎng)過程中能量消耗降低很多，可以制備出質(zhì)量較高的單層石墨烯薄膜，簡(jiǎn)便的化學(xué)刻蝕后可以分離轉(zhuǎn)移方便石墨烯的后續(xù)加工處理。通過對(duì)碳源濃度、生長(zhǎng)溫度以及氫氣的調(diào)節(jié)，CVD法可以有效的控制大尺寸石墨烯薄膜的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)出的石墨烯為較高質(zhì)量的單晶石墨烯，目前CVD法已經(jīng)成功的獲得毫米級(jí)以上的高質(zhì)量單晶石墨烯并由其拼接而成大面積的連續(xù)狀薄膜。但是在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用中，CVD法的生長(zhǎng)溫度依然較高，生長(zhǎng)周期也相對(duì)較長(zhǎng)[31]�？蒲腥藛T后來結(jié)合等離子技術(shù)開發(fā)出等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法[32]，該方法是在CVD法的基礎(chǔ)上借助射頻技術(shù)使含有薄膜組成原子的物質(zhì)電離,在局部形成等離子體,因等離子體化學(xué)活性很強(qiáng)，活性高容易發(fā)生反應(yīng)在基底上沉積生長(zhǎng)出薄膜。2012年YangC等[33]在900℃的溫度下用PECVD法合成高質(zhì)量石墨烯，可以在15min內(nèi)合成出石墨烯納米晶體薄膜。2014年SongX[34]等使用射頻等離子化學(xué)氣相沉積法在不同的基底都成功的生長(zhǎng)出高質(zhì)量的石墨烯，證實(shí)PECVD生長(zhǎng)條件中基底對(duì)石墨烯生長(zhǎng)影響不大，PECVD生長(zhǎng)的過?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氧化石墨烯的制備還原及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 張倩,唐利斌,李汝劼,項(xiàng)金鐘,黃強(qiáng),劉樹平.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2019(01)
[2]不同還原方法制備石墨烯及其電化學(xué)性能[J]. 屈楊,汪偉偉,楊茂萍.  電源技術(shù). 2018(07)
[3]CVD synthesis of nitrogen-doped graphene using urea[J]. ZHANG CanKun,LIN WeiYi,ZHAO ZhiJuan,ZHUANG PingPing,ZHAN LinJie,ZHOU YingHui,CAI WeiWei.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(10)
[4]外延生長(zhǎng)碳化硅-石墨烯薄膜的制備及表征研究[J]. 張學(xué)敏,張立國(guó),鈕應(yīng)喜,鞠濤,李哲,范亞明,楊霏,張澤洪,張寶順.  功能材料. 2015(04)
[5]石墨烯摻雜的研究進(jìn)展[J]. 張蕓秋,梁勇明,周建新.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2014(03)
[6]石墨烯納米復(fù)合材料光熱效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 孫陽陽,張鴻雁,周建華,華京君.  化工新型材料. 2014(01)
[7]熱膨脹剝離法制備石墨烯及其表征[J]. 劉曉文,黃雪梅,華燕莉,趙皇,高海青.  非金屬礦. 2013(02)
[8]基于石墨烯的半導(dǎo)體光電器件研究進(jìn)展[J]. 尹偉紅,韓勤,楊曉紅.  物理學(xué)報(bào). 2012(24)

碩士論文
[1]石墨烯材料自下而上的微波合成及其電化學(xué)性能的研究[D]. 劉凡凡.上海師范大學(xué) 2016



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