本文選題：石墨烯 + 二硫化鉬��； 參考：《北京交通大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：二維材料是一類新興的納米材料,由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。二維材料被認(rèn)為在高頻電學(xué)器件、透明電極、儲(chǔ)能、生物醫(yī)藥以及復(fù)合材料等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。而二維材料的大規(guī)模應(yīng)用離不開大面積、高質(zhì)量的可控制備。本論文主要圍繞大尺寸、單晶石墨烯和二硫化鉬的可控制備這一問題,以化學(xué)氣相沉積法為手段,制備了石墨烯、二硫化鉬以及二硫化鉬／石墨烯異質(zhì)結(jié)。系統(tǒng)研究了制備過程中,生長(zhǎng)工藝以及生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)二維材料尺寸、層厚和結(jié)晶質(zhì)量的影響,以及石墨烯的硫化、MoS2/石墨烯異質(zhì)結(jié)的光致發(fā)光性能,并提出了利用光學(xué)顯微鏡得到的對(duì)比度數(shù)據(jù)得知二維材料的尺寸、層數(shù)等信息的方法。具體研究?jī)?nèi)容如下：(1)研究了CVD法制備石墨烯過程中,生長(zhǎng)工藝以及生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)所制備的石墨烯尺寸及厚度的影響,對(duì)所得的石墨烯樣品進(jìn)行了形貌及物性表征。探究了CVD制備的生長(zhǎng)工藝和生長(zhǎng)參數(shù)：襯底的清洗、退火和溫度；氣源濃度對(duì)石墨烯生長(zhǎng)的影響,包括甲烷和氫氣的濃度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氣源濃度對(duì)石墨烯的層厚影響較為關(guān)鍵,通過調(diào)控生長(zhǎng)參數(shù),在銅箔表面得到了面積較大的雙層石墨烯,并對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了分析和解釋。(2)研究了CVD法制備單層MoS2以及MoS2/石墨烯異質(zhì)結(jié)。研究了生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)時(shí)間以及反應(yīng)源的濃度對(duì)單層MoS2生長(zhǎng)的影響,得到了單晶尺寸在40μm以上的單層MoS2薄膜。在石墨烯表面采用CVD法生長(zhǎng)出了MoS2/石墨烯異質(zhì)結(jié),通過各種表征手段分析了二硫化鉬在石墨烯表面的生長(zhǎng)模式、表面形貌、層厚等。研究了石墨烯受到硫化對(duì)其晶格結(jié)構(gòu)以及缺陷的影響。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)石墨烯可以改變二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu),同時(shí)對(duì)二硫化鉬的光致發(fā)光具有猝滅作用。(3)根據(jù)菲涅爾原理,采用光學(xué)薄膜等效的方法,計(jì)算了二維材料樣品在不同厚度的二氧化硅／硅襯底上,不同的入射光下,其相對(duì)于襯底的對(duì)比度變化。并利用CVD制備的MoS2和MoS2/石墨烯異質(zhì)結(jié)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,我們可以在不需要使用原子力顯微鏡和拉曼光譜儀的情況下,采用光學(xué)顯微鏡精確的表征二維材料的層數(shù)。這為二維材料的層厚表征提供了一種簡(jiǎn)便、有效的方法。通過計(jì)算不同堆疊形式的TaS2在襯底上的對(duì)比度,還發(fā)現(xiàn)該方法可以用來判斷二維材料的堆疊形式。涉及的二維材料主要包括石墨烯、六方氮化硼、2H-MoS2、2H-MoSe2、2H-MoTe2、2H-WSe2、2H-NbSe2、3R-WS2、TaS2以及MoS2/石墨烯異質(zhì)結(jié)等。
[Abstract]:Two-dimensional materials are a new kind of nanomaterials, which have attracted wide attention of the scientific community because of their unique structure and excellent properties. Two-dimensional materials are widely used in high frequency electrical devices, transparent electrodes, energy storage, biomedicine and composite materials. The large-scale application of two-dimensional materials can not be separated from large-area, high-quality controllable preparation. In this thesis, graphene, molybdenum disulfide and molybdenum disulfide heterojunction were prepared by chemical vapor deposition (CVD), focusing on the controllable preparation of single crystal graphene and molybdenum disulfide. The effects of growth process and growth parameters on the size, layer thickness and crystallization quality of two-dimensional materials and the photoluminescence properties of MoS _ 2 / graphene heterojunction of graphene were systematically studied. A method is proposed to obtain the size and the number of layers of the two-dimensional material by using the contrast data obtained from the optical microscope. The effects of growth process and growth parameters on the size and thickness of graphene were studied. The morphologies and physical properties of the graphene samples were characterized. The growth process and growth parameters of CVD were investigated, including substrate cleaning, annealing and temperature, and the effect of gas concentration on the growth of graphene, including methane and hydrogen. It was found that the concentration of gas source had a key effect on the thickness of graphene layer. By adjusting the growth parameters, a large area of bilayer graphene was obtained on the surface of copper foil. The growth mechanism of MoS2 monolayer and MoS2 / graphene heterojunction were investigated by CVD. The effects of growth temperature, growth time and concentration of reaction source on the growth of MoS2 monolayer were studied. The single layer MoS2 thin films with single crystal size above 40 渭 m were obtained. MoS2 / graphene heterojunction was grown on graphene surface by CVD. The growth pattern, surface morphology and layer thickness of molybdenum disulfide on graphene surface were analyzed by various characterization methods. The effects of sulfidation on the lattice structure and defects of graphene were investigated. It was also found that graphene can change the energy band structure of molybdenum disulfide, and the photoluminescence of molybdenum disulfide can be quenched. The contrast changes of two-dimensional samples with different thickness of silicon dioxide / silicon substrate with different incident light compared to the substrate have been calculated. The calculation results of MoS2 and MoS2 / graphene heterojunction prepared by CVD were verified. According to the calculation results, we can use optical microscope to accurately characterize the number of layers of two-dimensional materials without using atomic force microscope and Raman spectrometer. This provides a simple and effective method for the characterization of the thickness of two-dimensional materials. By calculating the contrast of different stacked TaS2 on the substrate, it is also found that this method can be used to judge the stacking form of two-dimensional materials. The two dimensional materials mainly include graphene, hexagonal boron nitride 2H-MoS _ 2, 2H-MoS _ 2o _ 2H-MoE _ 2e _ 2H _ W _ (se _ 2) ~ (2H-NbSe_ 2) ~ (3R-WS _ 2) TaS2, MoS _ 2 / graphene heterojunction, etc.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TQ136.12

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本文編號(hào)：2015857