本文選題：石墨烯 + 二硫化鉬�。� 參考：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：以石墨烯、二硫化鉬為代表的二維層狀材料由于其獨特的性質(zhì)和良好的應(yīng)用前景已經(jīng)引起了科學(xué)及工業(yè)界的廣泛關(guān)注。石墨烯優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和機械性質(zhì)使其在電子、光電子、柔性器件、傳感等多個領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。而以二硫化鉬為代表的二維過渡金屬硫?qū)倩衔锊粌H有著非常高的電學(xué)開關(guān)比,并且在可見光范圍內(nèi)也有著較強的吸收,是電子和光電器件的理想材料。研究發(fā)現(xiàn),二維材料的性能受到層數(shù)、缺陷等因素的巨大影響。隨著層數(shù)的增加,二硫化鉬由直接帶隙變?yōu)殚g接帶隙,發(fā)光效率逐漸降低;另外,無論是何種方法制備的二維材料中都不可避免的存在缺陷,且顯著影響材料的各種性質(zhì)。因此,二維材料中層數(shù)和缺陷的探測以及調(diào)控是非常關(guān)鍵的問題。本論文主要通過層數(shù)控制和缺陷工程來實現(xiàn)二維層狀材料光學(xué)和光電性能的調(diào)控。獲得的主要結(jié)論如下:1.通過Ar等離子體轟擊實現(xiàn)了二硫化鉬、黑磷等二維層狀材料的逐層減薄,使得多層二硫化鉬從間接帶隙變?yōu)閱螌拥闹苯訋�。該方法沒有在二硫化鉬中引入多余的缺陷,且結(jié)合光刻等手段非常適合于大范圍二維材料層數(shù)控制。2.通過高溫退火或氧等離子體轟擊實現(xiàn)了二硫化鉬中缺陷的產(chǎn)生和缺陷位氧分子的化學(xué)吸附,使其熒光強度增加了數(shù)十倍。一方面氧分子的化學(xué)吸附對二硫化鉬造成了強P型摻雜,使二硫化鉬中的帶電激子(trion)轉(zhuǎn)化為中性激子(Exciton);另一方面當(dāng)氧分子代替硫空位與鉬成鍵時會形成局域化激子,降低非輻射復(fù)合的幾率,從而引起熒光強度的大幅增強。3.利用氧等離子體處理實現(xiàn)了二硫化鉬樣品中缺陷的修復(fù)。通過低溫?zé)晒夤庾V分析了二硫化鉬中的缺陷濃度,并發(fā)現(xiàn)缺陷的存在嚴(yán)重限制了二硫化鉬樣品的載流子遷移率。隨后,通過氧等離子體處理對二硫化鉬中缺陷進行了修復(fù),從而有效提升其載流子遷移率。4.利用拉曼光譜分析石墨烯中的缺陷種類和含量,并通過缺陷來調(diào)控石墨烯的性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)在空氣中對石墨烯進行熱處理時會在其中引入缺陷,而缺陷形成的速度與濃度主要受退火溫度、石墨烯層數(shù)和石墨烯晶粒尺寸影響。通過不同的等離子體處理在石墨烯中引入不同濃度和類型的缺陷,發(fā)現(xiàn)隨著缺陷濃度的增加,石墨烯與金屬納米顆粒之間的相互作用逐漸減弱,證明了石墨烯與金屬納米顆粒之間存在電子轉(zhuǎn)移并影響金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元共振吸收。
[Abstract]:The two-dimensional layered materials, such as graphene and molybdenum disulfide, have attracted wide attention in the field of science and industry because of their unique properties and good application prospects. The excellent electrical, optical, thermal and mechanical properties of graphene have made it very promising in many fields, such as electron, optoelectronics, flexible devices, sensing and so on. Two The two dimensional transition metal sulfide, represented by molybdenum sulfide, not only has a very high electrical switching ratio, but also has strong absorption in the range of visible light. It is an ideal material for electronic and photoelectric devices. It is found that the properties of the two dimensional materials are affected by the number of layers, defects and other factors. With the increase of the number of layers, molybdenum disulfide From the direct band gap to the indirect band gap, the luminous efficiency is gradually reduced; in addition, there are unavoidable defects in the two dimensional materials prepared by any method, and the various properties of the materials are greatly affected. Therefore, the detection and control of the number of layers and defects in the two-dimensional material are the key problems. The main conclusions are as follows: 1. the layer by layer thinning of two dimensional layered materials such as molybdenum disulfide and black phosphorus can be thinned by Ar plasma bombardment, which makes the multilayer molybdenum disulfide change from the indirect band gap into single layer straight band gap. This method is not introduced in molybdenum disulfide. The superfluous defects, combined with photolithography, are very suitable for the large range two-dimensional material layer number control.2. to produce the defects in molybdenum disulfide by high temperature annealing or oxygen plasma bombardment, and the chemical adsorption of the oxygen molecules of the defects is increased by several times. On the one hand, the chemical adsorption of oxygen molecules to molybdenum disulfide is made. A strong P type doping has been made to convert charged exciton (Trion) into neutral exciton (Exciton) in molybdenum disulfide, on the other hand, when oxygen molecules replace sulfur vacancies with molybdenum, the localized exciton will be formed, which reduces the probability of non radiation recombination, resulting in a significant increase in fluorescence intensity by.3. using oxygen plasma treatment to achieve molybdenum disulfide samples. The defect concentration in the molybdenum disulfide is analyzed by the low temperature fluorescence spectrum, and the carrier mobility of molybdenum disulfide is seriously restricted by the existence of the defect. Then, the defects in molybdenum disulfide are repaired by the oxygen plasma treatment, and the carrier mobility.4. can be effectively enhanced by the Raman spectrum. The type and content of defects in graphene are analyzed and the properties of graphene are regulated by defects. It is found that the defects are introduced in the heat treatment of graphene in the air, and the velocity and concentration of the defects are mainly affected by the annealing temperature, the number of graphene and the grain size inch of graphene. The graphite is treated by different plasma in graphite. With the introduction of different concentrations and types of defects, it is found that the interaction between graphene and metal nanoparticles gradually decreases with the increase of the defect concentration. It is proved that the electron transfer between the graphene and the metal nanoparticles has an effect on the surface plasmon resonance absorption of the metal nanostructures.

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O482

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