二維原子晶體材料憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注,其中備受關(guān)注的是石墨烯和二硫化鉬材料。石墨烯和二維二硫化鉬通�？梢栽谖⑿⌒巫兿聦�(shí)現(xiàn)較大的電阻變化,并且能夠承受比相應(yīng)體材料更大的彈性應(yīng)變而不致于損傷,使其具備優(yōu)異的應(yīng)變傳感特性。這一性質(zhì)使其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、可穿戴器件、電子皮膚等方面有著重要的應(yīng)用前景。本論文研究了網(wǎng)狀二硫化鉬和網(wǎng)狀石墨烯薄膜,轉(zhuǎn)移到不同襯底上構(gòu)筑傳感器件的應(yīng)變傳感特性,探討了該傳感器件的應(yīng)變傳感機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)一步設(shè)計(jì)制造了石墨烯和二硫化鉬的復(fù)合結(jié)構(gòu)器件,研究了其力-電-光多場(chǎng)耦合特性。本論文主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:首次采用化學(xué)氣相沉積法在鉬網(wǎng)表面制備了網(wǎng)狀MoS_2薄膜。通過(guò)各種表征方法確認(rèn)制備出了網(wǎng)狀MoS_2薄膜,然后通過(guò)腐蝕基底法將網(wǎng)狀MoS_2薄膜成功轉(zhuǎn)移至聚二甲基硅氧烷襯底上,構(gòu)筑了應(yīng)變傳感器件,測(cè)試其應(yīng)變傳感特性,并揭示了其應(yīng)變傳感的機(jī)理。制備了網(wǎng)狀石墨烯,并研究了其應(yīng)變傳感特性。通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在銅網(wǎng)表面制備了網(wǎng)狀石墨烯薄膜,以腐蝕基底法將網(wǎng)狀石墨烯轉(zhuǎn)移到硅片、聚二甲基硅氧烷、雙面膠等襯底上,分別構(gòu)筑應(yīng)變傳感器件,測(cè)試其應(yīng)變傳感性能,驗(yàn)證了網(wǎng)狀石墨烯應(yīng)變傳感器在電子皮膚領(lǐng)域的應(yīng)用前景,并從微觀和宏觀上分別解釋了石墨烯應(yīng)變傳感特性的機(jī)理。構(gòu)建了Graphene-MoS_2復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳感器件。利用化學(xué)氣相沉積法在銅箔表面制備了石墨烯薄膜,采用濕法轉(zhuǎn)移方式將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到SiO_2/Si基底上。將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至PET基底上,構(gòu)建了Graphene/PET傳感器件,通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)Graphene/PET傳感器件對(duì)于按壓及振動(dòng)均能產(chǎn)生電阻響應(yīng),且在振動(dòng)過(guò)程中兩端產(chǎn)生電勢(shì)。構(gòu)建Graphene-MoS_2復(fù)合結(jié)構(gòu)傳感器件,性能測(cè)試顯示Graphene-MoS_2復(fù)合結(jié)構(gòu)除了應(yīng)變傳感特性之外還具有光電響應(yīng)特性,這對(duì)于構(gòu)建力-電-光多場(chǎng)耦合的應(yīng)變傳感器件有著重要作用。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2
【部分圖文】：

原子層數(shù)逐漸減少至 10 個(gè)單原子層時(shí)，石墨層的電子結(jié)10層以下的石墨結(jié)構(gòu)即可被稱為石墨烯[1]。單層石墨烯的厚m，其獨(dú)特的六元環(huán)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使其具有區(qū)別于其它材料的優(yōu) 1(a)所示[16]，它的結(jié)構(gòu)可以是翹曲狀的零維(0D)富勒烯(Fu米管(Carbon Nanotube, CNT)或者成堆垛狀的三維(3D)石墨本單元均可看作是石墨烯。它是一種零帶隙二維材料如圖子遷移率達(dá)到 200 000 cm2 V-1 s-1，是半導(dǎo)體硅(Si)的 140剛石的 3 倍[18]；超大的比表面積，高達(dá) 2630 m2/g[19]；單層層數(shù)有限范圍內(nèi)，奇數(shù)層石墨烯的透光性可簡(jiǎn)單地用(1-0.0有著優(yōu)異的力學(xué)特性，硬度高于金剛石，每 100 nm 距離度比鋼鐵高出 100 倍。石墨烯內(nèi)部碳原子之間通過(guò)共價(jià)鍵面時(shí)，碳原子面受力會(huì)彎曲變形，通過(guò)柔性變形來(lái)使得碳，從而能夠使石墨烯結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定。此外，石墨烯的彈性和 1 TPa[21]，再加上其優(yōu)異的電學(xué)性能，使其在應(yīng)變傳感領(lǐng)

石墨烯-硫化鉬復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制備與應(yīng)變傳感性能研究用 1100 ℃ 的熱處理?xiàng)l件使得氧化石墨烯的面電阻從 106降低到 102 /□。常海欣研空氣環(huán)境下 150 ℃熱處理 260 min 獲得了導(dǎo)電性良好的還原型少數(shù)層氧化石墨烯片了石墨烯薄膜場(chǎng)效應(yīng)光學(xué)晶體管。水合肼還原法[29]是利用 N2H4 H2O 還原劑在水熱/溶下對(duì)氧化石墨烯表面的含氧基團(tuán)進(jìn)行脫除的方法。氧化石墨烯還原法具有過(guò)程簡(jiǎn)單且，可以大批量制備石墨烯的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于能量存儲(chǔ)方面如鋰離子電池和超級(jí)領(lǐng)域。 熱膨脹剝離法膨脹剝離法[30]是石墨層間化合物在高溫條件下克服石墨片層間的范德華力從而形成烯，如圖 1.2 所示。石墨層間化合物(GIC)是以天然鱗片石墨為原料制備得到的，通過(guò)間插入非碳元素的原子、分子、離子甚至原子團(tuán)使層間距增大， 進(jìn)而促使層間作用力成層間化合物。因此，該化合物在高溫條件下易分離成石墨烯小片，宏觀上呈現(xiàn)蠕蟲(chóng)剝離法制備石墨烯存在大小不一，難以調(diào)控最終產(chǎn)物尺寸等缺點(diǎn)。并且制得的石墨烯機(jī)溶劑和表面活性劑，對(duì)于石墨烯的電學(xué)性能有著較大影響，但是石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷少，即結(jié)構(gòu)完整性比較好。

積法制備石墨烯：(a)石墨烯在鎳上的生長(zhǎng)機(jī)制[33]；(b)石墨技術(shù)轉(zhuǎn)移石墨烯的示意圖[34]；(d)轉(zhuǎn)移到 30 inch PET 薄片上[34]；(e)基于石墨烯的觸摸屏平板通過(guò)控制軟件和電腦連接的應(yīng)用的本征遷移率、大的比表面積、優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和高的透域有著重要的應(yīng)用價(jià)值，隨著對(duì)其基本性質(zhì)的研究越來(lái)越管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管[35]，石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體遷移率是傳統(tǒng)晶體管材料半導(dǎo)體硅的 140 倍，并且石墨烯變化[17]。并且鑒于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有更短的溝道和面發(fā)揮獨(dú)特的作用。Novoselov 等在 2004 年報(bào)道了石墨烯，這是一個(gè)突破性進(jìn)展。該器件以石墨烯下面的一個(gè) 300 n個(gè)摻雜硅基片作為背柵。這種背柵器件旨在證明一種概念

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