本文關鍵詞：電場操控單層氧化石墨烯光譜特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自2004年被發(fā)現(xiàn)以來,石墨烯因其獨特的物理化學性質而成為國際研究熱點。由于石墨烯苯環(huán)中六個碳原子都貢獻出一個未成鍵的價電子,并可以在碳原子形成的網格中自由移動,這樣的特殊結構直接導致石墨烯的導帶和價帶在費米面交疊,使得石墨烯具有獨特的電學、力學和光學性質。作為石墨烯最重要的衍生物,氧化石墨烯被大量應用于高純度、高產率的石墨烯制備與復合功能材料合成中,并且由于與石墨烯具有相似的二維結構和獨特的物理化學性質,而備受科學界的廣泛關注。氧化石墨烯中大量極性含氧官能團的加入使其具有絕緣體的性質,從而限制了其在電學和力學方面的應用。然而,由于含氧官能團形成的sp3電子軌道和碳原子形成的sp2電子軌道共存的結構特征,使其在光學與光化學方面具有重要的應用價值。目前,氧化石墨烯優(yōu)良的光電性質已被廣泛應用于微型電子器件、新型激光吸收介質、光電探測器以及儲能材料等領域。本文通過研究氧化石墨烯的光學特性,利用電子態(tài)密度分布理論解釋了氧化石墨烯各向異性的光學性質；研究了氧化石墨烯在外電場作用下透射及熒光成像和光譜的變化特性,提出了電場誘導含氧官能團產生的極化效應使得由sp3碳團簇形成的電子局域態(tài)密度發(fā)生變化,從而改變氧化石墨烯的光學性質；通過施加周期電場實現(xiàn)了外電場對單層氧化石墨烯光電性質的可逆操控。本論文工作的創(chuàng)新點：1.利用熒光共聚焦顯微系統(tǒng)對單層氧化石墨烯的透射及熒光成像和光譜進行研究,發(fā)現(xiàn)其透射及熒光成像和光譜在外電場作用下的可逆變化,透射光譜的調制深度可達25%。研究結果表明單層氧化石墨烯的光學性質具有區(qū)域各向異性的特點,且各區(qū)域對外電場操控的響應也各不相同；同時氧化石墨烯對外電場的響應表現(xiàn)出可逆的特性。這是由于單層氧化石墨烯中的極性含氧官能團種類及數(shù)量的差異和對外電場的響應不同,導致了單層氧化石墨烯中電子局域態(tài)密度分布的改變。2.建立了單層氧化石墨烯樣品簡易的理論模型,通過第一性原理計算了電子局域態(tài)密度在含氧官能團電場極化效應影響下的變化,用于表征單層氧化石墨烯在外電場作用下的光學特性�；诖�,提出了通過熒光強度直接觀測單層氧化石墨烯的局域態(tài)密度分布,并通過電場直接操控局域態(tài)密度的分布。3.研究了單層氧化石墨烯拉曼光譜中D帶和G帶相對強度在外電場作用下可逆的變化特性。由碳原子形成的D帶和由含氧官能團形成的G帶的相對比值大小(ID/IG)在單層氧化石墨烯中體現(xiàn)了sp2團簇和sp3團簇的混合無序度,并實現(xiàn)拉曼共振熒光最大100%關斷。這種外電場對拉曼光譜中ID/IG的可逆改變展示了含氧官能團在電場中的極化效應。
【關鍵詞】：氧化石墨烯 電場 透射 熒光 局域態(tài)密度
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 中文摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 引言13-41
• 1.1 氧化石墨烯的研究背景與意義13-14
• 1.2 氧化石墨烯光譜性質的研究進展14-33
• 1.2.1 氧化石墨烯的結構14-18
• 1.2.2 氧化石墨烯的光譜性質的研究18-29
• 1.2.2.1 氧化石墨烯吸收和熒光光譜的研究18-22
• 1.2.2.2 外部刺激對氧化石墨烯光譜特性操控的研究22-29
• 1.2.3 氧化石墨烯光學材料的應用29-33
• 1.3 本文主要研究內容33-34
• 參考文獻34-41
• 第二章 單層氧化石墨烯的制備及其光譜探測41-53
• 2.1 氧化石墨烯樣品的制備41-45
• 2.1.1 制備氧化石墨烯的基本方法41-42
• 2.1.2 Hummers方法制備氧化石墨烯42-43
• 2.1.3 熒光共聚焦顯微系統(tǒng)中氧化石墨烯樣品的制備43-45
• 2.1.3.1 玻片的清洗43-44
• 2.1.3.2 玻片上單層氧化石墨烯的制備方法44-45
• 2.2 探測單層氧化石墨烯光譜特性的實驗裝置45-48
• 2.3 單層氧化石墨烯樣品的結構表征48-50
• 2.3.1 原子力顯微鏡48-49
• 2.3.2 拉曼光譜49-50
• 2.4 本章小結50
• 參考文獻50-53
• 第三章 電場操控單層氧化石墨烯透射光譜特性的研究53-69
• 3.1 外電場作用下單層氧化石墨烯的透射成像特性53-56
• 3.2 電場作用下單層氧化石墨烯的透射光譜56-58
• 3.3 電場作用下單層氧化石墨烯透射光譜特性的理論模擬58-65
• 3.3.1 氧化石墨烯透射光譜的傅里葉變換58-61
• 3.3.2 電場誘導氧化石墨烯介電常數(shù)的變化61-63
• 3.3.3 電場誘導氧化石墨烯電導率的變化63-65
• 3.4 本章小結65
• 參考文獻65-69
• 第四章 外電場作用下單層氧化石墨烯的熒光光譜69-95
• 4.1 方波電場誘導氧化石墨烯熒光光譜的開關效應69-72
• 4.2 三角波電場誘導單層氧化石墨烯熒光光譜的極化動力學特性72-75
• 4.3 官能團極化效應與電子局域態(tài)密度分布75-78
• 4.4 單層氧化石墨烯中的電子局域態(tài)的熒光直接觀測與電場操控78-83
• 4.5 電場誘導氧化石墨烯電子轉移產生光脈沖的應用83-88
• 4.6 本章小結88-89
• 參考文獻89-95
• 第五章 外場作用下單層氧化石墨烯的拉曼光譜95-103
• 5.1 單層氧化石墨烯的拉曼光譜95-98
• 5.2 單層氧化石墨烯的拉曼光譜在外電場作用下的變化98-99
• 5.3 基于電場操控單層氧化石墨烯拉曼光譜的光開關99-100
• 5.4 本章小結100
• 參考文獻100-103
• 第六章 總結與展望103-105
• 攻讀學位期間取得的研究成果105-107
• 致謝107-108
• 個人簡況108
• 聯(lián)系方式108-109
• 承諾書109-110

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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

2 宋浩青;楊愛英;;石墨烯被動鎖模光纖激光器的研究進展[J];激光與紅外;2013年02期

  本文關鍵詞：電場操控單層氧化石墨烯光譜特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：486693