【摘要】：黑磷因其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能,以及其可隨厚度改變的直接帶隙,被認為是繼石墨烯之后下一代電子器件中最具應(yīng)用潛力的材料。而同為納米材料,酞菁銅的結(jié)構(gòu)及能級特點也決定了其諸多優(yōu)良的光電特性,且其層狀晶型結(jié)構(gòu)使得酞菁銅在探索新的彈性模量測試理論模型中有著無法比擬的優(yōu)勢。因此,研究黑磷和酞菁銅在納尺度下的機械性能,對于其今后在微/納機電系統(tǒng)(M/NEMS)中的應(yīng)用具有重要的指導意義。本文首先推導出適合于本實驗的納米壓痕和基于鐵摩辛科彈性理論的三點彎曲理論模型,然后基于原子力顯微鏡搭建密閉樣品臺、濕度控制器等試驗平臺,并使用機械剝離法制備黑磷薄膜以及使用真空沉積法和轉(zhuǎn)移法制備懸浮酞菁銅納米線樣品,借助光學顯微鏡判斷目標樣品的位置,拉曼光譜儀、掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡表征樣品的層數(shù)和尺寸參數(shù),在測量其機械性能的同時并探索測試條件對目標參數(shù)的影響。在研究黑磷的彈性模量時,發(fā)現(xiàn)在0～20μm/s的探針加載速度范圍內(nèi),對實驗結(jié)果幾乎沒有影響的;最大加載載荷在0～2μN范圍內(nèi)彈性模量隨著壓痕深度的減小,其值增加了約35%。研究黑磷薄膜的納米摩擦學性能時,發(fā)現(xiàn)褶皺效應(yīng)使得四層黑磷的摩擦系數(shù)比二層黑磷的小,其摩擦力隨著發(fā)向載荷的增大而線性增大,并隨掃描速度的對數(shù)增加而非線性上升。黑磷鏈接狀的褶皺原子結(jié)構(gòu)以及剛度的各向異性使二層黑磷薄膜以及體態(tài)黑磷的摩擦力均呈現(xiàn)180°的周期性變化。當法向載荷為2μN時,黑磷薄膜被劃破兩層,隨著載荷增加磨損加劇,直至20μN時,黑磷被完全劃穿。在對酞菁銅的彈性模量的研究中,發(fā)現(xiàn)當納米線直徑小于200nm時,彈性模量隨直徑減小而迅速增加,即具有“正”趨勢尺寸效應(yīng)。當溫度從293K變化至343K時,原子間相互作用減弱造成酞菁銅納米帶的彈性模量的下降,其數(shù)值在1.90GPa到2.82GPa之間。
【圖文】：

但２０１４年伊始，，黑磷由于不同于石墨烯和ＴＭＤＣ族的帶隙結(jié)構(gòu)而成為納米電子逡逑學和光子學的熱點二維材料。其晶格是一個相互鏈接的六元環(huán)，每個原子都與其他三個逡逑原子相連，如圖１－１所示。逡逑！邋（ｂ）逡逑0邐ｖ邐￡逡逑ｊＥ邐３．２Ｈ３．７３邋Ａ邋卜逡逑、戶WＡｒｍｃｈａｉｒ邐Ｚｉｇｚａｇ逡逑．．貸恟．，：逡逑蠡＿＂ｍｍ灸邋Ａｒｍｃｈａｉｒ逡逑＿邋Ａｒｍｃｈａｉｒ逡逑圖ｉ－ｉ黑磷的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑（ａ，邋ｂ）邋ｚｉｇｚａｇ和ａｒｍｃｈａｉｒ的側(cè)視圖；（ｃ）俯視圖；（ｄ）鍵角的放大視圖逡逑半導體褶皺的正交晶系黑磷屬于Ｄ１８２ｈ點簇，單層黑磷包含兩個原子層和兩種Ｐ－Ｐ鍵，逡逑這種獨特的結(jié)構(gòu)使其面內(nèi)共價鍵網(wǎng)極強而層間的范德華力（ｖｄＷｓ）卻較弱，黑磷層與逡逑層之間的距離會隨著堆疊方式的改變在３．２１到３．７３Ａ的范圍內(nèi)波動，這也是黑磷非常適逡逑合于機械剝離法制備的原因。黑磷的獨特的褶皺結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在（ａ）圖中的Ａｒｍｃｈａｉｒ方向，逡逑雙層的組態(tài)出現(xiàn)在（ｂ）圖中的Ｚｉｇｚａｇ方向；其Ｚｉｇｚａｇ方向的鍵角也就是鉸鏈角約為逡逑９４．３°，鄰接的Ｐ－Ｐ鍵長為２．２５３Ａ，這些值均小于Ａｒｍｃｈａｉｒ方向上的雙面角（１０３．３°邋）逡逑和連接鍵長２．２８７Ａ

等在將溴化銅和鄰苯二睛一起加熱時，意外地發(fā)現(xiàn)了這個藍色化合物。由于酞菁銅對濃逡逑酸、濃堿和高溫有著驚人的穩(wěn)定性，從而吸引了研究人員的目光。酞菁銅分子的幾何構(gòu)逡逑型如圖１－３［２４］所示，以銅離子為中心的Ｄｈ４對稱構(gòu)型的二維共軛ｎ電子結(jié)構(gòu)，其化學式逡逑為Ｃ３２Ｈ１６ＣｕＮ８，共有５７個原子。其分子中有一個未成對價電子，其基態(tài)是具有順磁性逡逑的二重態(tài)，并在宏觀上表現(xiàn)出優(yōu)異的難燃性、化學穩(wěn)定性、耐輻射性能、光電導性、導逡逑電性、光存貯性等多種性質(zhì)％。近年來，科學界利用它們的獨特的性質(zhì)制造出有機太陽逡逑能電池％、氣敏傳感器等微納有機半導體元器件。逡逑八』命必暴。逡逑Ｔ＇－＇Ｎ邋Ｎ－Ａ邐ｏｓｓ＾Ｚ逡逑魏逡逑＼邐／邐４邐Ｈ＂Ｈｃｅｎｔｅｆ＝１，２３邋ｎｍ邐＞逡逑＾＾邐Ｈ－Ｈ＾ｒｌ．４５邋ｎｍ逡逑圖１－３酞菁銅的分子結(jié)構(gòu)以及化學結(jié)構(gòu)圖Ｍ逡逑酞菁銅有ａ、０、ｘ等多種晶體類型，它們除了在晶體形狀、表面顏色、密度以及逡逑對光的反射等方面各不相同外，其熱力學穩(wěn)定性也有所差別，即處在亞穩(wěn)定狀態(tài)的晶型逡逑有向相對穩(wěn)定的３型轉(zhuǎn)變的趨勢；同時不同晶型的酞菁銅光電導性也有所不同，比如３逡逑型酞菁銅就對紅外光特別敏感
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH742;TB383.1

【參考文獻】

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本文編號：2658411