為了推動石墨烯在光電探測領域的應用,本論文開發(fā)了簡便的葡萄糖小分子自下而上分子自組裝技術制備石墨烯薄膜,采用異質元素晶格摻雜調控石墨烯帶隙,以鹽酸為Cl源制備Cl摻雜型多層石墨烯薄膜,以2、4、6-三胺基嘧啶為N源制備N摻雜型多層石墨烯薄膜,重點從它們的物性表征、帶隙變化和由其制備的光電探測器光電響應性能入手分析兩種不同摻雜型石墨烯薄膜的摻雜效果、帶隙變化和光電響應能力。具體結果如下:1.以鹽酸作為Cl源,以葡萄糖為碳源,制備Cl摻雜碳源前驅體后旋涂在石英片基底上,在800℃溫度下退火生長制備Cl摻雜多層石墨烯薄膜。通過拉曼,TEM,XPS,傅里葉紅外,紫外-可見光吸收光譜表征證實,所制備的石墨烯薄膜是缺陷較多的多層石墨烯薄膜,存在的缺陷打開了一定的石墨烯帶隙,鹽酸摻雜后通過公式計算得到三個摻雜比例Cl摻雜石墨烯薄膜帶隙值在一定范圍內發(fā)生改變;通過蒸鍍叉指電極制備簡單的Cl摻雜石墨烯薄膜光電探測器件,測試發(fā)現(xiàn)Cl摻雜比例較高的石墨烯薄膜制備得到的光電探測器光電響應能力較好,對C/Cl=3/1摻雜比例的Cl摻雜石墨烯薄膜制備的光電探測器測試表明對紫外光有較高的響應率和探測率。2.以2,4... 

【文章來源】：昆明理工大學云南省

【文章頁數】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯結構與帶隙(a)石墨烯結構形態(tài);(b)石墨烯能帶形態(tài)

昆明理工大學碩士學位論文4氫化鈉一類的強還原劑化學還原或者其它方式還原成石墨烯[19]。該方法制備石墨烯的示意圖如圖1.2所示。氧化還原法一開始使用的強氧化劑和還原劑腐蝕性比較大或帶有毒性，對人體和環(huán)境都有一定的損害，后來科研人員不斷改進氧化方式和還原方式，開發(fā)了許多效率高且安全環(huán)保操作簡便的方法，其中新的還原方式就有熱膨脹還原[20]、電化學還原[21]、輻照還原[22]等。2012年ShindeDB[23]等使用電化學法在90℃溫度下使用LiClO4處理碳酸丙烯中的碳納米管制備出帶有量子點的石墨烯，其量子點的尺寸在3nm-8nm之間可調。2015年ShangY等[24]用銅棒和石墨棒為電極直接對氧化石墨通電電解,在沒有任何化學穩(wěn)定劑的情況下,通過控制石墨層間的靜電力,制備出附著于銅陽極的石墨烯薄膜。2016年KumarR團隊[25]分別將氧化石墨烯和硝酸鋅各自溶解在無水乙醇溶液中，經攪拌混合均勻后利用微波進行加熱還原，在這個過程中氧化石墨烯得到還原生成石墨烯并與反應得到的氧化鋅構成一種復合物。圖1.2氧化還原法制備石墨烯示意圖[18]Fig1.2Graphenegrowthbyoxidation-reductionmethod[18]氧化還原法制備的石墨烯方法簡便成本較低,可實現(xiàn)石墨烯的批量生產，并且可以生產出具有廣泛應用前景的功能化的氧化石墨烯，使石墨烯的應用范圍得到拓展，但是該方法也存在著很大的缺陷，經過強氧化劑氧化過的石墨無法完全還原，導致一些電學、光學等性能損失,尤其是導電性等。1.3.4化學氣相沉積法化學氣相沉積法簡稱CVD法，該方法已經實現(xiàn)部分產業(yè)化應用，它可以獲得大面積,厚度可控的高質量石墨烯,是半導體制造工藝中應用廣泛的石墨烯制備技術[26]。該方法一開始應用于生長制備碳納米管，經過工藝改良后用來制備石墨烯薄膜，制

σ歡ㄊ奔浜蠼?欣淙矗?淙垂?討薪鶚艋?底表面會形成數層或單層石墨烯薄膜，CVD法生長石墨烯示意圖如圖1.3所示。CVD方法的代表作是2009年XuesongLi等[30]在銅襯底上以CH4為前驅體用該法第一次制備出高質量的單層石墨烯薄膜，用該方法制備的石墨烯尺寸達到厘米級，在銅襯底上連續(xù)分布，由于C原子在Cu原子中的微溶解度導致自限制效應使生長得到的大部分石墨烯都單層，只有小于5%的面積為多層。李等還開發(fā)了可以向任意襯底轉移的技術，并以Si/SiO2襯底成功的制備了有雙門場效應的三極管，推進了石墨烯異質結領域的實用化。圖1.3CVD法生長石墨烯示意圖Fig1.3GraphenegrowthbyCVDmethodCVD法使用的溫度比外延生長法低很多，使生長過程中能量消耗降低很多，可以制備出質量較高的單層石墨烯薄膜，簡便的化學刻蝕后可以分離轉移方便石墨烯的后續(xù)加工處理。通過對碳源濃度、生長溫度以及氫氣的調節(jié)，CVD法可以有效的控制大尺寸石墨烯薄膜的生長，生長出的石墨烯為較高質量的單晶石墨烯，目前CVD法已經成功的獲得毫米級以上的高質量單晶石墨烯并由其拼接而成大面積的連續(xù)狀薄膜。但是在工業(yè)化生產應用中，CVD法的生長溫度依然較高，生長周期也相對較長[31]�？蒲腥藛T后來結合等離子技術開發(fā)出等離子增強化學氣相沉積法[32]，該方法是在CVD法的基礎上借助射頻技術使含有薄膜組成原子的物質電離,在局部形成等離子體,因等離子體化學活性很強，活性高容易發(fā)生反應在基底上沉積生長出薄膜。2012年YangC等[33]在900℃的溫度下用PECVD法合成高質量石墨烯，可以在15min內合成出石墨烯納米晶體薄膜。2014年SongX[34]等使用射頻等離子化學氣相沉積法在不同的基底都成功的生長出高質量的石墨烯，證實PECVD生長條件中基底對石墨烯生長影響不大，PECVD生長的過?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]氧化石墨烯的制備還原及應用進展[J]. 張倩,唐利斌,李汝劼,項金鐘,黃強,劉樹平.  紅外與毫米波學報. 2019(01)
[2]不同還原方法制備石墨烯及其電化學性能[J]. 屈楊,汪偉偉,楊茂萍.  電源技術. 2018(07)
[3]CVD synthesis of nitrogen-doped graphene using urea[J]. ZHANG CanKun,LIN WeiYi,ZHAO ZhiJuan,ZHUANG PingPing,ZHAN LinJie,ZHOU YingHui,CAI WeiWei.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(10)
[4]外延生長碳化硅-石墨烯薄膜的制備及表征研究[J]. 張學敏,張立國,鈕應喜,鞠濤,李哲,范亞明,楊霏,張澤洪,張寶順.  功能材料. 2015(04)
[5]石墨烯摻雜的研究進展[J]. 張蕓秋,梁勇明,周建新.  化學學報. 2014(03)
[6]石墨烯納米復合材料光熱效應研究進展[J]. 孫陽陽,張鴻雁,周建華,華京君.  化工新型材料. 2014(01)
[7]熱膨脹剝離法制備石墨烯及其表征[J]. 劉曉文,黃雪梅,華燕莉,趙皇,高海青.  非金屬礦. 2013(02)
[8]基于石墨烯的半導體光電器件研究進展[J]. 尹偉紅,韓勤,楊曉紅.  物理學報. 2012(24)

碩士論文
[1]石墨烯材料自下而上的微波合成及其電化學性能的研究[D]. 劉凡凡.上海師范大學 2016



本文編號：3532407