【摘要】：石墨烯是碳原子以sp2雜化軌道按蜂窩狀晶格排列形成的二維單原子層結構晶體,石墨烯的獨特結構以及眾多優(yōu)異性質使其在許多方面具有廣闊的應用前景。本論文主要研究了化學氣相沉積法制備的石墨烯薄膜性能,先將石墨烯薄膜與光電子器件結合制備了相關器件,再以場發(fā)射理論為基礎,研究了石墨烯薄膜的場發(fā)射性能,并提出了提高場發(fā)射性能的方法。本論文主要工作分為以下三個部分:首先,利用化學氣相沉積法制備了石墨烯薄膜,之后結合轉移技術,將石墨烯薄膜應用到光電子器件(有機發(fā)光二極管、有機場效應晶體管、有機太陽能電池)中。通過改變轉移次數(shù),控制石墨烯薄膜的厚度,研究了石墨烯薄膜厚度對光電子器件性能的影響。實驗結果表明,石墨烯薄膜厚度對光電子器件性能的影響是較為明顯的,這主要是由于隨著石墨烯薄膜厚度的增加,石墨烯薄膜的面電阻與透過率隨之發(fā)生變化,這些參數(shù)的調控對光電子器件性能有較為直接的影響。然后,從化學氣相沉積法的制備工藝參數(shù)出發(fā),研究了制備工藝參數(shù)對石墨烯薄膜場發(fā)射性能的影響。實驗結果表明沉積時間對于場發(fā)射性能的影響較為明顯,沉積時間為5 min的石墨烯表現(xiàn)出最優(yōu)異的場發(fā)射性能,其開啟電場為9.8V/?m,閾值電場為13 V/?m。其原因在于沉積時間不充足無法生長成連續(xù)的石墨烯薄膜,制備的樣品包含許多“石墨烯島”邊緣發(fā)射區(qū)域,即場發(fā)射點的增加導致了場發(fā)射性能的提高。最后,介紹了提高石墨烯薄膜場發(fā)射性能的方法。一是通過對石墨烯薄膜的銅箔襯底進行激光刻蝕處理,提高了其場發(fā)射性能。利用激光對銅箔表面以掃描的方式進行刻蝕處理,之后在此銅箔上生長石墨烯薄膜。通過這種方法制備的石墨烯薄膜場發(fā)射性能得到了一定的提高,沉積時間5 min的石墨烯薄膜開啟電場從9.8 V/?m減小到8.8 V/?m,閾值電場從13 V/?m減小到12.2 V/?m,場增強因子也從原來的640增加到了1757。二是改變場發(fā)射方式,即研究了石墨烯薄膜的邊緣場發(fā)射性能測試。利用銅箔襯底柔性特點,將制備的石墨烯卷曲成圓柱體形狀,并對其進行了場發(fā)射測試。測試結果發(fā)現(xiàn)其場發(fā)射性能得到了較大的提高,其開啟電場和閾值電場分別為3.4 V/?m和5.8 V/?m,場增強因子高達5068,最大場發(fā)射電流密度也提高了一個數(shù)量級。綜上所述,本工作將CVD方法制備的石墨烯作為電極,對其應用于多種光電子器件并對其光電或電學特性進行了研究,為后續(xù)高性能器件的研制打下了基礎。
[Abstract]:Graphene is a two-dimensional monoatomic crystal formed by sp2 hybrid orbitals arranged in honeycomb lattice. Because of its unique structure and many excellent properties, graphene has a broad application prospect in many fields. In this paper, the properties of graphene thin films prepared by chemical vapor deposition (CVD) were studied. Firstly, the related devices were prepared by combining graphene films with optoelectronic devices, and then the field emission properties of graphene films were studied based on field emission theory. A method to improve the field emission performance is also proposed. The main work of this thesis is as follows: firstly, graphene thin films were prepared by chemical vapor deposition, and then the graphene thin films were applied to photoelectron devices (organic light-emitting diodes, organic light-emitting diodes). There are field effect transistors, organic solar cells). The influence of the thickness of graphene film on the performance of optoelectronic devices was studied by changing the transfer times and controlling the thickness of graphene film. The experimental results show that the effect of graphene film thickness on the performance of photoelectron devices is obvious, which is mainly due to the change of surface resistance and transmittance of graphene film with the increase of graphene film thickness. The control of these parameters has a direct effect on the performance of optoelectronic devices. Then, the effect of preparation parameters on the field emission properties of graphene thin films was studied based on the process parameters of chemical vapor deposition. The experimental results show that the effect of deposition time on the field emission performance is obvious. Graphene with deposition time of 5 min exhibits the best field emission performance, with a starting electric field of 9.8 V / m and a threshold electric field of 13 V / m. The reason is that the deposition time is not sufficient to grow into continuous graphene films, and the sample contains a lot of "graphene island" edge emission region, that is, the increase of field emission point leads to the improvement of field emission performance. Finally, the methods to improve the field emission properties of graphene films are introduced. Firstly, the field emission property of graphene film is improved by laser etching of copper foil substrate. The surface of copper foil was etched by laser and then graphene film was grown on the copper foil. The field emission properties of graphene thin films prepared by this method have been improved to some extent. The opening electric field of graphene thin films with deposition time of 5 min has been reduced from 9.8 V / m to 8.8 V / m. The threshold electric field decreased from 13 V / m to 12.2 V / m, and the field enhancement factor increased from 640 to 1757. The other is to change the field emission mode, that is, to study the edge field emission performance of graphene film. The graphene was curled into a cylindrical shape by using the flexibility of copper foil substrate and the field emission measurements were carried out. The test results show that the field emission performance is greatly improved. The opening electric field and the threshold electric field are 3.4 V / m and 5.8 V / m, respectively, and the field enhancement factor is as high as 5068. The maximum field emission current density is also increased by an order of magnitude. To sum up, graphene prepared by CVD method is used as electrode in this work, and it is applied to various optoelectronic devices and its photoelectric or electrical properties are studied, which lays a foundation for the development of high performance devices in the future.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.11;TM914.4;TN386;TN383.1

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;石墨烯相變研究取得新進展[J];潤滑與密封;2009年05期

2 ;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

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

4 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

5 ;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

6 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

7 傅強;包信和;;石墨烯的化學研究進展[J];科學通報;2009年18期

8 ;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

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

10 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

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(xiàn)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 姜麗麗;石墨烯及其復合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學;2015年

7 姚成立;多級結構石墨烯/無機非金屬復合材料的仿生合成及機理研究[D];安徽大學;2015年

8 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

9 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

10 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

相關碩士學位論文 前10條

1 全盛;石墨烯電極制備及其器件應用研究[D];電子科技大學;2017年

2 郭成坤;用于柔性觸控傳感器的大尺寸石墨烯轉移技術研究[D];合肥工業(yè)大學;2017年

3 徐偉;單晶石墨烯的可控制備及其物性研究[D];寧波大學;2017年

4 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

5 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

6 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學;2011年

7 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

8 金麗玲;功能化石墨烯的酶學效應研究[D];蘇州大學;2012年

9 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

10 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學;2012年

，

本文編號：2347026