本文選題：狄拉克 + CVD�。� 參考：《山東師范大學》2016年博士論文

【摘要】：狄拉克材料,是指一類具有特殊能帶結構的晶體材料。近幾年新涌現的石墨烯與拓撲絕緣體是極具代表性的狄拉克材料。石墨烯作為二維狄拉克材料,是一種由sp2雜化碳原子組成的正六邊形呈蜂窩狀的平面薄膜,具備諸多獨特的物理特性。石墨烯具有優(yōu)異的電學性質,載流子遷移率極高,約為2×105 cm2/V·s。此外石墨烯還具備優(yōu)異的光學性質,單層石墨烯在可見光范圍內,其光的透過率高達97.7%。石墨烯還具有極大的比表面積,高達2630 m2/g,同時石墨烯具有優(yōu)良的生物兼容性和很高的親和性,基于石墨烯的傳感器可以有效防止分子變形,并可以富集目標生物分子最終起到信號放大的作用,可應用在表面拉曼增強等傳感領域。拓撲絕緣體作為一種區(qū)別于導體、半導體及絕緣體的物質形態(tài),這類物質的內部表現為絕緣態(tài),而其表面表現為導電態(tài)。由于拓撲絕緣體可控的化學計量比,大的帶隙以及超低的損耗,這些獨特性質,使其在自旋電子學、光電子器件、量子計算、電化學等領域中存在巨大的應用前景。得益于其獨特的能帶結構,狄拉克材料展現出了許多優(yōu)異的物性及其豐富多彩的科學內涵,從而表現了廣泛的應用前景,已經成為了國內外最具前沿科學(涉及實驗研究和理論研究的眾多領域)研究的焦點。本文利用雙溫區(qū)CVD系統在石英基底上實現狄拉克材料石墨烯薄膜的直接制備,討論生長參數對石墨烯質量的影響。利用CVD法在石英光纖表面制備石墨烯薄膜,為基于石墨烯的光纖激光器及光纖生物傳感器做前期準備。將氧化石墨烯與金字塔形硅相復合,制備拉曼增強基底,實現對R6G分子的檢測。通過設計實驗,生長石墨烯包覆的銅納米顆粒(G@CuNP)復合拉曼增強基底,研究其拉曼增強特性。利用CVD方法,實現拓撲絕緣體Bi2Se3和層數可控石墨烯的復合,探究工藝參數對Bi2Se3形貌的影響。主要結論如下:(1)設計了獨特的雙溫區(qū)CVD生長系統,在絕緣的石英襯底表面實現了高質量且分布均勻的狄拉克材料石墨烯的直接制備。系統的溫度梯度直接影響獲得的石墨烯的質量,不同位置處石墨烯的生長機理不同。在靠近高溫區(qū)的位置,銅原子作為成核點捕獲碳原子形成石墨烯。在中間低溫區(qū),碳原子直接沉積在襯底表面作為成核點。本工作中,分布均勻且含量豐富的銅原子是制備高質量石墨烯不可或缺的關鍵因素。我們所提供的石墨烯制備工藝為石墨烯的實際應用,特別是在光電子領域的應用,開辟了嶄新的途徑。(2)提供了一種在光纖表面直接制備均勻狄拉克材料石墨烯的一種氣相輔助的cvd生長工藝。我們引入一種氣相銅原子輔助cvd工藝來解釋光纖表面石墨烯的生長機理。通過調節(jié)生長時間,可以控制石墨烯的層數。通過控制生長前h2和ar混合氣體的流量,可以對光纖表面的形貌結構進行調節(jié)。較大的h2和ar混合氣體的流量下,可以在光纖表面獲得均勻的石墨烯結構;較小的h2和ar混合氣體的流量下,可以在光纖表面獲得致密的碳納米管結構。此項工作提供了一種前景廣闊的無轉移直接制備基于石墨烯或碳納米管的光纖可飽和吸收體的方法,對實現穩(wěn)定的光纖激光鎖模輸出具有一定的現實指導意義。(3)提供了一種成本低、操作簡單的方法制備基于go/ag/3d-si的sers基底。利用r6g作為探測分子證實了我們所制備的基于go/ag/3d-si的sers基底具有良好的生物兼容性、均一性及穩(wěn)定性。通過設計3d-si、go/3d-si、ag/3d-si和go/aga/3d-si的對比實驗進一步表明go薄膜非常易于在3d-si表面合成分布均勻的ag納米顆粒,進而獲得靈敏度高、生物兼容性好、均一性好和穩(wěn)定性高的sers信號。借助comsol軟件,在理論上證實了go/ag/3d-si可作為理想的sers基底。相應的結果表明新奇的go/ag/3d-si基底可作為靈敏度高、前景廣泛的sers基底應用在醫(yī)學、食品安全、生物科學等領域實現分子的檢測。(4)提供了一種新穎、操作簡單且成本低廉的合成石墨烯@銅納米顆粒sers基底的思路。利用我們設計的制備方法,可以在g@cu基底表面較為容易的獲得g@cunp結構。cunp提供的em增強與石墨烯提供的cm增強結合在一起,提供了g@cunp/g@cu拉曼增強基底的整體增強。而且由于石墨烯可以作為鈍化層抑制cunp和cu的表面氧化,因而我們制備的g@cunp/g@cu拉曼增強基底穩(wěn)定性非常好。相應的sers結果表明全包覆的核殼結構提供了另一種形式的靈敏度高、前景廣泛的sers基底應用在醫(yī)學、食品安全、生物科學等領域實現分子的檢測。(5)證明了在g/sio2/si襯底表面直接制備高質量均勻的bi2se3材料的cvd工藝。石墨烯緩沖層、g/sio2/si襯底表面溫度、生長時間和氣體流量在制備bi2se3材料的過程中起著至關重要的作用。我們詳細討論了上述參數在g/sio2/si襯底表面直接制備高質量均勻的bi2se3材料的影響機理。通過調節(jié)相應的參數,我們可以獲得bi2se3材料的薄膜和片狀結構。這種方法為我們提供了一種前景廣闊且經濟的bi2se3制備手段,將進一步促進這種材料在實際領域的應用。
[Abstract]:Dirac material is a kind of crystal material with special band structure. In recent years, the newly emerged graphene and topological insulators are representative Dirac materials. As a two-dimensional Dirac material, graphene is a kind of hexagonal plane thin film composed of SP2 hybrid carbon atoms, with a lot of unique physical characteristics. Graphene has excellent electrical properties. The carrier mobility is very high, about 2 x 105 cm2/V. S.. Besides, graphene has excellent optical properties. Monolayer graphene is in the range of visible light, its transmittance is as high as 97.7%. graphene with a maximum specific surface area, up to 2630 m2/g, and excellent biocompatibility of graphene. High affinity, graphene based sensors can effectively prevent molecular deformation, and can enrich the target biomolecules at the end of signal amplification, and can be applied to the surface Raman enhancement sensing field. The topological insulators are used as a material form different from the conductors, semi conductors and insulators, and the interior of such materials. It shows an insulating state and its surface is conducting state. Due to the controlled chemical metering ratio, large band gap and ultra-low loss of the topological insulator, these unique properties make it very promising in the fields of spintronics, optoelectronic devices, quantum computing, electrochemistry, and so on. Thanks to its unique band structure, Dirac material The material shows a lot of excellent physical properties and its rich and colorful scientific connotation, thus showing a wide range of application prospects. It has become the focus of the most frontier science at home and abroad (involving many fields of experimental research and theoretical research). This paper uses the dual temperature region CVD system to implement the Dirac film on the quartz substrate. The effect of growth parameters on the quality of graphene is discussed. The preparation of graphene film on the surface of quartz fiber is prepared by CVD method. The preparation of fiber laser based on graphene and fiber optic biosensor is prepared. The synthesis of graphene oxide and Pyramid silicon phase is used to prepare the Raman enhanced substrate, and the detection of R6G molecules is realized. The experiment was designed to study the Raman enhancement properties of copper nano particles (G@CuNP) composite Raman enhancement substrates coated with graphene. The CVD method was used to realize the combination of topological insulator Bi2Se3 and layer number controlled graphene. The influence of process parameters on the Bi2Se3 morphology was investigated. The main conclusions are as follows: (1) a unique dual temperature region CVD growth system was designed. The direct preparation of high quality and evenly distributed Dirac material is realized on the surface of the insulated quartz substrate. The temperature gradient of the system directly affects the quality of the obtained graphene. The growth mechanism of graphene at different positions is different. In the position near the high temperature zone, the copper atom is captured as the nucleating point to form graphene. In the middle low temperature region, carbon atoms are directly deposited on the surface of the substrate as nucleating points. In this work, the homogeneous and rich copper atom is a key factor in the preparation of high quality graphene. The preparation process of graphene is a new method for the practical application of graphene, especially in the field of photoelectron. (2) a gas assisted CVD growth process is provided for the direct preparation of homogeneous Dirac material graphene on the fiber surface. A gas phase copper atom assisted CVD process is introduced to explain the growth mechanism of graphene on the surface of the fiber. By adjusting the growth time, the number of graphene layers can be controlled. The H2 and a before growth are controlled by controlling the growth time. The flow of R mixed gas can regulate the morphology and structure of the optical fiber surface. The uniform structure of graphene can be obtained on the fiber surface under the flow of the larger H2 and AR mixture. The compact carbon nanotube structure can be obtained on the optical fiber surface under the flow of small H2 and AR mixture. This work provides a broad prospect. The method of optical fiber saturable absorber based on graphene or CNTs is directly prepared by wide free transfer. It has some practical guiding significance to achieve stable optical fiber laser locking output. (3) a low cost and simple operation method for the preparation of SERS base based on go/ag/3d-si is provided. Using R6G as a probe, we confirm that we The go/ag/3d-si based SERS substrate has good biocompatibility, uniformity and stability. The comparative experiments of the design of 3d-si, go/3d-si, ag/3d-si and go/aga/3d-si further indicate that the go film is very easy to synthesize uniform Ag nanoparticles on the surface of 3d-si, and the sensitivity is high, the biocompatibility is good, and the homogeneity is good. Good and high stability SERS signals. With the help of COMSOL software, go/ag/3d-si can be proved to be the ideal SERS base in theory. The corresponding results show that the novel go/ag/3d-si substrate can be used as a highly sensitive and promising SERS base application in the fields of medicine, food safety, biological science and other fields. (4) it provides a new method. The idea of a simple and inexpensive synthetic graphene @ copper nanoparticle SERS substrate. Using our design method, the EM enhancement provided by the g@cunp structure.Cunp can be easily obtained on the surface of the g@cu base, together with the CM enhancement provided by the graphene, and provides the overall enhancement of the g@cunp/g@cu Raman enhanced substrate. Moreover, as graphene can inhibit the surface oxidation of cunp and Cu as a passivation layer, the g@cunp/g@cu Raman enhanced substrate stability is very good. The corresponding SERS results show that the full coated nuclear shell structure provides another form of sensitivity, and the promising SERS substrate is used in medicine, food safety, and biological science. Molecular detection in other fields. (5) the CVD process of direct preparation of high quality bi2se3 materials on the surface of the g/sio2/si substrate is proved. The graphite buffer layer, the surface temperature of the g/sio2/si substrate, the growth time and the gas flow play an important role in the preparation of the bi2se3 material. We discussed the above parameters in g/sio2 The mechanism of the direct preparation of high quality and uniform bi2se3 materials on the surface of the /si substrate. By adjusting the corresponding parameters, we can obtain the thin film and flake structure of the bi2se3 material. This method provides us with a promising and economical means of bi2se3 preparation, which will further promote the application of this material in the practical field.
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;科學家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進展[J];高科技與產業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍寶石底板上制備石墨烯的技術[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現代物理知識;2009年04期

6 傅強;包信和;;石墨烯的化學研究進展[J];科學通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學進展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學觀察;2010年03期

相關會議論文 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應用探索[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質量石墨烯及其功能化[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術與應用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學與表面工程學術會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結構功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結合[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學修飾及尺寸效應研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

相關重要報紙文章 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習) 特約記者 李季;石墨烯未來應用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現產業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術產業(yè)導報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

相關博士學位論文 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應[D];中國科學技術大學;2011年

2 羅大超;化學修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復機理的理論研究[D];吉林大學;2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學應用研究[D];清華大學;2013年

6 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學;2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學;2014年

8 王義;石墨烯的模板導向制備及在電化學儲能和腫瘤靶向診療方面的應用[D];復旦大學;2014年

9 劉明凱;帶狀石墨烯納米復合材料的制備及其性能研究[D];復旦大學;2014年

10 劉勇;智能化及摻雜改性石墨烯的研究及應用[D];復旦大學;2014年

相關碩士學位論文 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學模擬研究[D];西安電子科技大學;2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結構及其對電化學性能的影響[D];北京化工大學;2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學;2011年

4 蔡宇凱;一種新型結構的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學;2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學效應研究[D];蘇州大學;2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應的研究[D];華南理工大學;2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學;2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學;2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統研究[D];青島科技大學;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學;2013年

，

本文編號：2085098