發(fā)布時(shí)間：2020-04-29 16:20

【摘要】：自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來,二維層狀材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的物理特性受到廣泛的關(guān)注。黑磷是繼過渡族金屬硫族化合物及六方氮化硼等類石墨烯材料后發(fā)現(xiàn)的一種新型二維層狀材料。作為一種直接帶隙半導(dǎo)體,黑磷擁有較高的遷移率及優(yōu)異的開關(guān)比性能,在電子光學(xué)器件中有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)于二維材料體系而言,其物理性能很大程度上取決于其微觀結(jié)構(gòu)。由此,本文中利用球差校正電子顯微鏡,對(duì)黑磷中的一維原子鏈,納米帶,邊緣重構(gòu)及缺陷等納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的表征與分析,具體研究?jī)?nèi)容如下:本文中采用了一種全干法轉(zhuǎn)移的方式將機(jī)械剝離所得少層黑磷樣品轉(zhuǎn)移到加熱芯片上,并發(fā)展了一種在電子顯微鏡中利用電子束輻照及原位加熱退火相結(jié)合的方法,將樣品制備過程中殘留在黑磷表面的非晶污染物去除,局部暴露出干凈的黑磷表面。通過加熱,逐層減薄黑磷樣品,在一定程度上可以得到層數(shù)可控的黑磷樣品,包括單層黑磷烯,為實(shí)現(xiàn)原子級(jí)尺度表征黑磷打下基礎(chǔ)。在多層黑磷的原位減薄的過程中,首次在實(shí)驗(yàn)上得到一維磷原子鏈結(jié)構(gòu),并觀察到其形成,遷移及斷裂等動(dòng)力學(xué)過程。結(jié)合第一性原理計(jì)算,給出了八種可能的無限磷原子鏈結(jié)構(gòu)模型,并討論了其相對(duì)穩(wěn)定性。在單層黑磷烯中,利用電子束輻照得到懸空的磷原子鏈結(jié)構(gòu),通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)像與模擬像確認(rèn)了其armchair雙鏈構(gòu)型,并猜測(cè)了 一種可能的由原始黑磷晶格向磷原子雙鏈轉(zhuǎn)變的過程。在單層黑磷烯中,利用電子束輻照制備出擁有不同寬度及邊緣取向的納米帶的結(jié)構(gòu)。原子級(jí)尺度表征了黑磷烯的邊緣重構(gòu)及磷原子在邊緣處的遷移過程,發(fā)現(xiàn)在黑磷Klein邊緣處,懸掛磷原子呈現(xiàn)二聚化特征。結(jié)合第一性原理計(jì)算給出五種可能的邊緣構(gòu)型及其形成能,初步討論了各種邊緣結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在少層及單層黑磷中,表征了空位及空位鏈的形成與遷移過程。在單層黑磷烯中觀察到585-A雙空位的形成及遷移過程,利用第一性原理計(jì)算給出其沿zigzag方向及對(duì)角線方向的遷移路徑及遷移勢(shì)壘,分別為2.1 eV及1.6 eV。此外,黑磷中的空位傾向于沿zigzag方向線性排列,形成空位鏈結(jié)構(gòu),其最小單元由四個(gè)磷原子空位組成,沿zigzag方向可不斷增長(zhǎng),最長(zhǎng)可達(dá)幾十納米。當(dāng)空位鏈長(zhǎng)度較短(5nm)時(shí),可以沿armchair或?qū)蔷�方向遷移。最后,對(duì)本文中黑磷中缺陷結(jié)構(gòu)的表征及新結(jié)構(gòu)加工進(jìn)行總結(jié),并分析不足,對(duì)未來工作進(jìn)行展望。
【圖文】：

由于受到制備技術(shù)等諸多因素的限制，有關(guān)石墨烯材料的研究并沒有取得顯著逡逑的進(jìn)展，２００４年，Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ邋Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ和Ａｎｄｒｅ邋Ｇｅｉｍ等丨２＜）］人首次在實(shí)驗(yàn)上通逡逑過機(jī)械剝離的方法獲得了大面積的獨(dú)立石墨烯材料，如圖１．２所示，并發(fā)現(xiàn)該材逡逑料具有優(yōu)良的電學(xué)性能，至此，大量理論與實(shí)驗(yàn)的研究不斷涌現(xiàn)，開創(chuàng)了石墨逡逑烯研究的新篇章。逡逑＾邐Ｅ逡逑Ｉ邐：一］逡逑Ｉ逡逑圖１．２機(jī)械剝離制備的大面積石墨烯及其電學(xué)測(cè)試器件［２ＱＪ。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｆｅｗ邋ｌａｙｅｒ邋Ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｏｂｔａｉｎｅｄ邋ｂｙ邋ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｏｒｒｅｓｏｐｉｎｄｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ逡逑ｔｅｓｔ邋ｄｅｖｉｃｅｌ２０Ｊ．逡逑如圖１．３所示，以單層石墨烯為例，其晶體結(jié)構(gòu)為蜂窩狀六方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，層逡逑內(nèi)所有Ｃ原子集中在一個(gè)二維平面內(nèi)，每個(gè)Ｃ原子的外層的三個(gè)電子以ｓｐ２雜逡逑化的形式與周圍的三個(gè)碳原子形成平面內(nèi)的ｃｒ鍵，Ｃ－Ｃ鍵長(zhǎng)約為０．１４２邋ｎｍ，同時(shí)逡逑剩余的ｐ軌道電子在垂直于平面的方向形成大７Ｔ共軛結(jié)構(gòu)。對(duì)于石墨烯材料，逡逑層與層之間主要靠范德瓦耳斯作用力結(jié)合，層間距約為０．３３５邋ｎｍ。對(duì)于理想的逡逑石墨烯材料，價(jià)帶頂與導(dǎo)帶底只在狄拉克點(diǎn)相交，因此是零帶隙的半金屬材料。逡逑在第一布里淵區(qū)內(nèi)

由于受到制備技術(shù)等諸多因素的限制，有關(guān)石墨烯材料的研究并沒有取得顯著逡逑的進(jìn)展，２００４年，Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ邋Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ和Ａｎｄｒｅ邋Ｇｅｉｍ等丨２＜）］人首次在實(shí)驗(yàn)上通逡逑過機(jī)械剝離的方法獲得了大面積的獨(dú)立石墨烯材料，如圖１．２所示，并發(fā)現(xiàn)該材逡逑料具有優(yōu)良的電學(xué)性能，至此，大量理論與實(shí)驗(yàn)的研究不斷涌現(xiàn)，開創(chuàng)了石墨逡逑烯研究的新篇章。逡逑＾邐Ｅ逡逑Ｉ邐：一］逡逑Ｉ逡逑圖１．２機(jī)械剝離制備的大面積石墨烯及其電學(xué)測(cè)試器件［２ＱＪ。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｆｅｗ邋ｌａｙｅｒ邋Ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｏｂｔａｉｎｅｄ邋ｂｙ邋ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｏｒｒｅｓｏｐｉｎｄｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ逡逑ｔｅｓｔ邋ｄｅｖｉｃｅｌ２０Ｊ．逡逑如圖１．３所示，以單層石墨烯為例，其晶體結(jié)構(gòu)為蜂窩狀六方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，層逡逑內(nèi)所有Ｃ原子集中在一個(gè)二維平面內(nèi)，每個(gè)Ｃ原子的外層的三個(gè)電子以ｓｐ２雜逡逑化的形式與周圍的三個(gè)碳原子形成平面內(nèi)的ｃｒ鍵，，Ｃ－Ｃ鍵長(zhǎng)約為０．１４２邋ｎｍ，同時(shí)逡逑剩余的ｐ軌道電子在垂直于平面的方向形成大７Ｔ共軛結(jié)構(gòu)。對(duì)于石墨烯材料，逡逑層與層之間主要靠范德瓦耳斯作用力結(jié)合，層間距約為０．３３５邋ｎｍ。對(duì)于理想的逡逑石墨烯材料，價(jià)帶頂與導(dǎo)帶底只在狄拉克點(diǎn)相交，因此是零帶隙的半金屬材料。逡逑在第一布里淵區(qū)內(nèi)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ126.31

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王波;湯永威;郭瑞玲;梅毅;廉培超;;黑磷的低成本制備研究[J];無機(jī)鹽工業(yè);2018年02期

2 傅雙橋;;喻學(xué)鋒:“領(lǐng)舞”黑磷技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J];中國科技產(chǎn)業(yè);2018年04期

3 金旭;湯立紅;寧平;李凱;韓新宇;郭惠斌;包雙友;朱婷婷;張秀英;;黑磷烯制備與應(yīng)用研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2016年11期

4 付強(qiáng);;張晗:在二維材料世界綻放異彩[J];科學(xué)中國人;2016年34期

5 ;張晗:向黑磷進(jìn)軍[J];科學(xué)家;2016年16期

6 ;我國科學(xué)家應(yīng)向黑磷進(jìn)軍[J];中國粉體工業(yè);2016年05期

7 劉紅紅;陸艷;張文強(qiáng);梅毅;廉培超;;納米黑磷制備的研究進(jìn)展[J];磷肥與復(fù)肥;2018年01期

8 賈蕾;雷天民;;二維黑磷物理性質(zhì)及化學(xué)穩(wěn)定性的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2018年07期

9 尤凱熹;范濤健;葛顏綺;張晗;;二維納米材料黑磷的光電特性研究進(jìn)展[J];物理學(xué)進(jìn)展;2018年04期

10 喬羽;;黑磷電子噴墨打印取得技術(shù)上突破[J];廣東印刷;2017年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 魏寧;趙軍華;江進(jìn)武;;石墨-黑磷界面的熱導(dǎo)性質(zhì)研究[A];第十四屆全國物理力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年

2 朱興旺;楊金曼;許暉;;黑磷烯的微波液相剝離合成及其光催化性能研究[A];第十一屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2018年

3 楊兆曜;趙軍華;;溫度依賴下單層黑磷力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[A];第十四屆全國物理力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年

4 江進(jìn)武;;關(guān)于黑磷的楊氏模量和相互作用模型的解析研究[A];中國力學(xué)大會(huì)-2015論文摘要集[C];2015年

5 李海燕;王鵬;劉冰冰;;少層黑磷的高壓結(jié)構(gòu)相變研究[A];第十八屆中國高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年

6 劉金彤;雷建平;杜平;張磊;沈宏;鞠q

本文編號(hào)：2644762