發(fā)布時(shí)間：2017-04-15 09:04

  本文關(guān)鍵詞：低溫氧等離子體處理對(duì)單層石墨烯斷裂韌性和粘附特性的影響研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：單層石墨烯是一種完全由碳原子組成的零帶隙二維晶體材料,具有優(yōu)越的機(jī)械性能、高比表面積和超高的電子遷移率等優(yōu)異性質(zhì),在超級(jí)電容器、柔性顯示屏、防腐蝕材料和散熱材料等領(lǐng)域具有較大的發(fā)展空間。自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來,已有很多關(guān)于低溫氧等離子體處理對(duì)石墨烯改性的研究,然而很少有研究低溫氧等離子體處理后石墨烯的粘附力與斷裂韌性的報(bào)道。而在石墨烯的應(yīng)用中,粘附力和斷裂韌性對(duì)石墨烯基器件都有著不可忽視的作用。本文詳細(xì)介紹了石墨烯的基本性質(zhì)、應(yīng)用和制備方法。通過光學(xué)顯微鏡、X射線光電子能譜儀(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、拉曼(Raman)光譜儀和原子力顯微鏡(Atomic force microscope,AFM)研究了低溫氧等離子體處理對(duì)單層石墨烯斷裂韌性和粘附力的影響。采用化學(xué)氣相沉積法制備單層石墨烯,并將其轉(zhuǎn)移至氧化層厚度為90 nm的SiO2/Si基底上。運(yùn)用XPS、Raman和AFM表征了低溫氧等離子體處理前后的樣品。在樣品的XPS圖譜中,發(fā)現(xiàn)低溫氧等離子體處理向石墨烯中引入了較多的C-OH和C=O官能團(tuán)。在樣品Raman光譜中,低溫氧等離子體處理后,出現(xiàn)了明顯的D峰和D′峰,并且其強(qiáng)度和ID/IG的值與處理時(shí)間成正比;同時(shí),隨著處理時(shí)間的增加,G峰向高波數(shù)移動(dòng),2D峰向低波數(shù)移動(dòng),并且2D峰的強(qiáng)度減弱,半高寬也越來越大。根據(jù)拉曼光譜的變化發(fā)現(xiàn),低溫氧等離子體處理向石墨烯中引入了n型摻雜和較多的缺陷,且隨著處理時(shí)間的增加,缺陷密度增加,晶粒細(xì)化,無序度增加;同時(shí),低溫氧等鋰離子處理還向石墨烯中引入了拉應(yīng)變,且隨著處理時(shí)間的增加,拉應(yīng)變變大。對(duì)低溫氧等離子體處理前后石墨烯微觀結(jié)構(gòu)的研究將為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提供理論支撐。在樣品的AFM圖中,隨著低溫氧等離子體處理時(shí)間的增加,樣品表面的粗糙度和粘附力越來越大,且其變化與上述C-OH官能團(tuán)的變化一致;同時(shí),樣品的斷裂韌性越來越小。經(jīng)過理論分析,C-OH官能團(tuán)的增加使原本具有憎水性的樣品親水性越來越強(qiáng),從而使得低溫氧等離子體處理后的樣品表面的粗糙度與粘附力越來越大。而樣品表面吸附的來自空氣中的水分子會(huì)使得樣品表面產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,另外,低溫氧等離子體處理向樣品中引入了拉應(yīng)變,這兩者共同導(dǎo)致了樣品斷裂韌性的減小。研究結(jié)果將為低溫氧等離子體處理后的石墨烯應(yīng)用于器件提供一定的理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 低溫氧等離子體 微觀結(jié)構(gòu) 斷裂韌性 粘附力
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 石墨烯的主要性質(zhì)12-18
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)12-15
• 1.2.2 石墨烯的電學(xué)性質(zhì)15-16
• 1.2.3 石墨烯的光學(xué)特性16-17
• 1.2.4 石墨烯的力學(xué)性能17-18
• 1.2.5 石墨烯的其它性質(zhì)18
• 1.3 石墨烯的應(yīng)用18-22
• 1.3.1 鋰離子電池中的應(yīng)用18-19
• 1.3.2 防腐蝕涂料19-20
• 1.3.3 柔性顯示器中的應(yīng)用20-21
• 1.3.4 散熱材料21-22
• 1.4 低溫氧等離子體處理對(duì)石墨烯的影響研究進(jìn)展22-23
• 1.5 本文的研究內(nèi)容23-25
• 第二章 石墨烯樣品的制備與表征25-42
• 2.1 石墨烯的制備方法25-28
• 2.1.1 微機(jī)械剝離法25
• 2.1.2 氧化還原法25-26
• 2.1.3 CVD法26-27
• 2.1.4 SiC外延生長法27-28
• 2.2 樣品的制備28-31
• 2.2.1 石墨烯的制備28-30
• 2.2.2 石墨烯的轉(zhuǎn)移30-31
• 2.3 低溫氧等離子體處理31-34
• 2.3.1 低溫氧等離子體的概念31-33
• 2.3.2 低溫氧等離子體處理過程及原理33-34
• 2.4 Raman光譜對(duì)石墨烯的表征34-37
• 2.4.1 Raman表征的原理34-35
• 2.4.2 石墨烯的拉曼光譜35-36
• 2.4.3 本實(shí)驗(yàn)所使用的儀器36-37
• 2.5 XPS對(duì)石墨烯的表征37-39
• 2.6 AFM對(duì)石墨烯的表征39-41
• 2.6.1 AFM表征的原理39-40
• 2.6.2 實(shí)驗(yàn)中所使用的AFM40-41
• 2.7 本章小結(jié)41-42
• 第三章 低溫氧等離子體處理對(duì)單層石墨烯微觀結(jié)構(gòu)的研究42-54
• 3.1 實(shí)驗(yàn)42-43
• 3.2 結(jié)果與分析43-53
• 3.2.1 原始單層石墨烯的光學(xué)表征43-44
• 3.2.2 原始單層石墨烯樣品的拉曼表征44-46
• 3.2.3 低溫氧離子體處理后樣品的XPS圖譜46-48
• 3.2.4 低溫氧等離子體處理后樣品的Raman光譜48-53
• 3.3 本章小結(jié)53-54
• 第四章 低溫氧等離子體處理對(duì)單層石墨烯斷裂韌性和粘附力的影響54-63
• 4.1 實(shí)驗(yàn)54-55
• 4.2 結(jié)果與分析55-62
• 4.2.1 低溫氧等離子體處理對(duì)單層石墨烯表面形貌的影響55-57
• 4.2.2 低溫氧等離子體處理對(duì)單層石墨烯斷裂韌性的影響57-58
• 4.2.3 低溫氧等離子體處理對(duì)單層石墨烯粘附力的影響58-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 第五章 總結(jié)與展望63-65
• 5.1 總結(jié)63-64
• 5.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 致謝72-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果73

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