【摘要】：石墨烯具有諸多優(yōu)異的性能,比如高透光率、高柔韌性、高電子遷移率和高導(dǎo)熱性等,在發(fā)光顯示、太陽能電池和晶體管等領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用。但是石墨烯的圖案化比較困難。此外,在制備晶體管時,由于石墨烯缺少懸掛鍵,不利于原子層沉積技術(shù)制備柵介質(zhì)層(氧化鋁)。本論文的工作針對石墨烯的這兩個問題開展研究,主要成果如下:(1)研究了不同能量密度(26.88 mJ/cm2-81.35mJ/cm2)的532 nm的納秒激光對石墨烯進(jìn)行刻蝕,實現(xiàn)圖案化的可能性。實驗結(jié)果表明,當(dāng)激光能量密度為41.73mJ/cm2-65.43 mJ/cm2時,可完全把石墨烯刻蝕掉而又不損傷襯底。但實際完成的圖案邊界模糊,不夠理想。(2)為提高石墨烯的質(zhì)量,采用化學(xué)氣相沉積法(CVD),利用甲烷在銅箔表面高溫分解制備了石墨烯。同時,為提高圖案化的質(zhì)量,我們又嘗試了皮秒激光,研究了不同激光能量密度(0.5 J/cm2-1.0 J/cm2)和激光掃描速度(100cm/s-300 cm/s)刻蝕石墨烯的效果,優(yōu)化后的刻蝕條件為,激光的能量密度0.8 J/cm2,掃描速度100cm/s,刻蝕后的圖案邊界清晰,圖案化質(zhì)量明顯提高。(3)采用低能量密度皮秒激光對石墨烯進(jìn)行處理后,其表面生長氧化鋁薄膜的質(zhì)量明顯提高。經(jīng)過對不同激光密度處理后石墨烯表面生長氧化鋁的測試分析發(fā)現(xiàn),皮秒激光的能量密度為0.5 J/cm2時氧化鋁薄膜質(zhì)量最優(yōu)。然后經(jīng)拉曼光譜儀和X射線光電子能譜對改性后的石墨烯進(jìn)行了機(jī)理研究。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249;TN305.7
【圖文】：

說石墨烯是一種單原子層的二維晶格材料，其結(jié)構(gòu)如圖卜１（幻。單層石墨烯厚度僅逡逑為０．３４邋ｎｍ左右，是己知世界上最薄的材料，并且石墨烯可以說是其它維度碳基材逡逑料的母體，如圖１－１0＞）。石墨稀通過包覆可以形成零維度的Ｃｍ邋（富勒烯），卷曲起逡逑來形成一維度的碳納米管，堆積起來可以形成三維度的石墨［３］。逡逑－邋１逡逑

逡逑圖１－１邐（ａ）石墨烯結(jié)構(gòu)圖；（ｂ）石墨烯是構(gòu)建其它維度碳材料的母體⑶逡逑Ｆｉｇ邋１－１邐（ａ）邋ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ；邋（ｂ）邋ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｉｓ邋ｔｈｅ邋ｐａｒｅｎｔ邋ｆｏｒ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ逡逑ｏｔｈｅｒ邋ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｍａｔｅｒｉａｌ丨”逡逑１．２．１石墨烯的性能逡逑（１）電學(xué)性能逡逑石墨烯是由ｓｐ２雜化的碳原子組成，成鍵的方式為２ｓ軌道的一個電子通過激逡逑發(fā)，進(jìn)入空的２ｐｚ軌道上，其中的兩個２ｐ軌道和一個２ｓ軌道混合成３個ｓｐ軌道，逡逑ｓｐ軌道與三個相鄰的碳原子組成共享電子對，形成剛性的0鍵，鍵長約為１．４２人，逡逑鍵角為１２０＇構(gòu)成了穩(wěn)定的六角形平面結(jié)構(gòu)［３］。剩余的一個２ｐｚ軌道中的電子，逡逑垂直碳平面，正六邊形中的２ｐｚ軌道中的電子構(gòu)成大ｎ鍵，并且電子能夠在ｌｘ鍵逡逑中自由移動［４－５］。石墨烯的低能準(zhǔn)粒子譜是狄拉克型的，遵循狄拉克相對論方程，逡逑載流子的靜止有效質(zhì)量在狄拉克點為零因此石墨烯的電子遷移率非常高，其逡逑移動速率能到達(dá)光速的三十分之一［ｕ］

邐＾逡逑圖１－３邋Ｂａｌａｎｄｉｎ小組測定石墨烯熱導(dǎo)性的實驗示意圖⑷］逡逑Ｆｉｇｌ－３邋Ｂａｌａｎｄｉｎ邋ｔｅａｍ＇ｓ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋ｆｏｒ邋ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｔｈｅｒｍａｌ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ邋ｏｆ邋ｇｒａｐｈｅｍｅ１３０］逡逑１．２．２石墨烯的制備逡逑石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，經(jīng)過了迅猛的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了較多的制作方法，逡逑但是科研人員仍然致力于研究制備大尺寸、無缺陷、層數(shù)可控且結(jié)構(gòu)完整的石墨逡逑烯，以便更好的研究和利用石墨烯。較多的制備方法中，以機(jī)械剝離法⑴、碳化硅逡逑熱裂解法［３２］、化學(xué)氣相沉積法％印卩氧化還原法１３４＿３５］最為常見。逡逑（１）機(jī)械剝離法逡逑機(jī)械剝離法是發(fā)現(xiàn)石墨烯采用的一種方法。２００４年英國曼徹斯特大學(xué)的Ｇｅｉｍ逡逑和Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ采用機(jī)械剝離法成功制備出單原子層厚度的石墨片狀即是石墨烯。逡逑其方法特別簡單

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 吳凌遠(yuǎn);李陽龍;劉國棟;王偉平;;1064nm納秒激光對石墨烯的損傷效應(yīng)研究[J];強(qiáng)激光與粒子束;2015年08期

2 吳娟霞;徐華;張錦;;拉曼光譜在石墨烯結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用[J];化學(xué)學(xué)報;2014年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 林U

本文編號：2746850