收藏本站
《山东师范大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究

许士才  
【摘要】:石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状的单原子层的二维晶体。石墨烯独特的结构赋予了其超凡的物理性质。石墨烯中电子(载荷子)的性质与相对论性的中微子非常相似,其运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。理论上,石墨烯的电子迁移率可达到2×105cm2/V·s,使其表现出非凡的导电性。石墨烯具有优良的透明度,单层石墨烯的透过率在可见—红外区可以达到97.7%。因此,石墨烯是一种良好的透明导电材料,可以作为电极应用在透明触控屏幕、液晶显示器、甚至是太阳能电池等电子器件上。除了独特的电子学特性,石墨烯还表现出典型的可饱和吸收特性。与传统的半导体材料不同,石墨烯独特的零带隙结构使其对光的吸收没有选择性,适用于工作在各种波长的激光器。近几年,石墨烯超凡的性能吸引了人们广泛的研究。本论文在这些研究的基础上,围绕提高石墨烯的透明导电性、实现石墨烯的应用展开了一系列工作。 本文用化学气相沉积(CVD)方法在铜箔上制备了大面积的石墨烯薄膜,设计了双温区结构的CVD系统实现了高品质石墨烯在绝缘石英基片上直接生长。并以石墨烯为基础,制备了石墨烯扬声器、石墨烯生物传感器、石墨烯饱和吸收体等器件。主要工作如下: (1)设计了一个双温区CVD系统,在绝缘的SiO2基片上制备了高品质的石墨烯薄膜。石墨烯薄膜的厚度可通过前驱气体的比例、流量以及生长时间进行控制。拉曼光谱和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表明石墨烯的晶粒尺寸可达到~100nm。霍尔测量表明室温下石墨烯的载流子浓度为~1500cm2/V·s,石墨烯薄膜的电导性和光透射率可以媲美转移后金属催化的石墨烯。本工作避免了石墨烯繁杂的转移过程,为石墨烯的制备开辟了一条新的途径。 (2)基于石英基片上直接生长的石墨烯,我们设计了场效应管(FET)结构的石墨烯生物传感器,用于检测生命体内的能量分子三磷酸腺苷(ATP)。该传感器显示了毫秒级时间分辨率,为实时监测生命体动态的生命活动提供了可能。此外,此传感器测量的范围非常宽,在0.002–5mM的浓度范围内,其电流的响应与ATP浓度对数呈现了良好的线性关系,灵敏度达到50%。由于0.002–5mM的浓度覆盖了真实生命体内的ATP浓度范围,此项工作对研究生命体中动态的生命过程具有现实的意义。 (3)将石墨烯作为电极转移在聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的两侧,利用PVDF的逆压电效应,制备了一种透明、可弯曲的薄膜扬声器。测试表明,该扬声器在几赫兹到几万赫兹极宽频率范围内都可获得较好的音频响应,具有高声压级(SPL)、低谐波失真(THD)和低功耗的特点。与传统的商用扬声器相比,石墨烯薄膜扬声器无磁、透明、可弯曲、极有希望成为未来超薄、超轻的可穿戴的电子器件。 (4)将二维石墨烯与一维纳米线复合制备了一种复合透明柔性电极。这种复合薄膜的电阻仅为~16/□,而透过率却高达91.1%,展示了优异的化学稳定性和机械柔韧性,这些性质要远远优于商用的ITO和最好的石墨烯电极。本工作展示了一种制备低成本高性能柔性透明电极的方法。 (5)将石墨烯转移到单晶C面的石英基片上,制备了石墨烯饱和吸收体。由于生长的为单层石墨烯,可通过转移次数精确控制石墨烯的层数。使用这些饱和吸收体,我们在Nd:YVO4激光器上实现了稳定的Q锁模,在6.0W的泵浦功率下,得到了1.6W的平均输出功率,本工作证实了低成本、宽频带的石墨烯饱和吸收体适合于超快高能的脉冲激光。
【学位授予单位】:山东师范大学
【学位级别】:B
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O613.71

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 唐晴晴;白青子;赵冬雪;尹乾柱;张景慧;;石墨烯的制备及机理研究[J];黑龙江科学;2015年09期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘剑;天然石墨的成因、晶体化学特征及对石墨烯产业化的约束[D];中国地质大学(北京);2017年
2 彭伟军;天然石墨制备石墨烯基复合物及其吸附和电化学性能研究[D];武汉理工大学;2017年
3 许坤;石墨烯的化学气相沉积及其在光电器件中的应用[D];北京工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈文强;基于石墨烯带隙调控及拉曼光谱的分析研究[D];西安理工大学;2018年
2 杨旭;石墨烯纳米粒子冷却液在汽车散热器中的传热性能研究[D];广西大学;2018年
3 孙斌;石墨烯及其复合材料的制备与表征[D];长安大学;2018年
4 李泽亚;铁改性酚醛树脂合成、结构表征及热解制备纳米碳的研究[D];武汉科技大学;2018年
5 张亚军;基于非线性光学显微镜的石墨烯研究[D];大连理工大学;2018年
6 张艳;磁性石墨烯纳米材料的制备及对水中四环素类抗生素的吸附研究[D];华南理工大学;2017年
7 陈金龙;微型G-FET器件研制系统及其关键技术[D];厦门大学;2017年
8 刘庆渊;常压化学气相沉积法制备石墨烯薄膜性能表征及影响因素的研究[D];华南理工大学;2017年
9 邓波波;石墨烯/银纳米线透明电极的制备及其应用研究[D];电子科技大学;2017年
10 朱恩福;石墨烯储氢性能的第一性原理研究[D];昆明理工大学;2017年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 原梅妮;向丰华;郎贤忠;弓巧娟;;石墨烯的制备方法与工艺研究进展[J];兵器材料科学与工程;2015年01期
2 杨勇辉;孙红娟;彭同江;;石墨烯的氧化还原法制备及结构表征[J];无机化学学报;2010年11期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 梁帅;华北典型晶质石墨矿床成因研究[D];辽宁工程技术大学;2015年
2 马铭株;华北克拉通西部典型地区早前寒武纪地质演化[D];中国地质科学院;2015年
3 刘亭亭;基于石墨烯的超级电容器复合电极材料的制备及性能研究[D];燕山大学;2015年
4 王文杰;GaN基多量子阱纳米结构的制备及其发光性质研究[D];南京大学;2014年
5 何冰;石墨烯的制备、表征及其性能的研究[D];北京化工大学;2014年
6 张帆;基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究[D];南开大学;2014年
7 许士才;石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D];山东师范大学;2014年
8 王纪刚;石墨烯的制备及相关器件的研究[D];北京交通大学;2014年
9 林小艳;黑龙江省非金属矿产开发战略研究[D];中国地质大学;2013年
10 董策;佳木斯地块构造演化—来自晚古生代沉积—火山岩的制约[D];吉林大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭宇彤;磁性石墨烯复合材料的合成及其在环境水样中农药和抗生素残留分析中的应用[D];苏州科技大学;2017年
2 邓世桂;化学气相沉积石墨烯的电化学鼓泡分离机制研究[D];北京工业大学;2016年
3 韦丰;CVD法制备石墨烯材料及其表征[D];长安大学;2016年
4 黄旸;CVD石墨烯的鼓泡法转移及其上CLD氧化铝的可行性研究[D];北京工业大学;2016年
5 焦丽娜;二维BC_2N材料的第一性原理研究[D];西南大学;2016年
6 曾愈巩;大面积石墨烯的制备研究[D];电子科技大学;2015年
7 郑冠朋;高质量石墨烯转移技术及在超快光学中的应用研究[D];湖南大学;2015年
8 皇甫超;石墨烯传感器及其在重金属检测中的应用[D];华南理工大学;2014年
9 邹鹏;高质量石墨烯制备方法的研究[D];南昌大学;2014年
10 李纪涛;高比表面积石墨烯气凝胶的制备改性及性能研究[D];北京化工大学;2014年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 吴良辉;铁离子辅助银纳米线的生长过程及其柔性透明导电薄膜的制备与性能研究[D];华南理工大学;2018年
2 王亚雄;PEDOT:PSS/铜纳米线复合透明导电薄膜制备及其光电性能研究[D];电子科技大学;2018年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白瑞;卢翠英;高平强;;低介电聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜的制备及表征[J];表面技术;2017年01期
2 刘鸣华;;三维石墨烯粉体的仿生模板CVD制备:通向高效溶液加工[J];物理化学学报;2017年01期
3 代知;初蕾;朱志斌;何佳宁;薛有宝;李佳佳;荆鑫;王玮;;通过共价接枝的石墨烯聚苯胺复合薄膜的电化学性能研究[J];材料保护;2016年S1期
4 代岳;刘冠军;邱静;张勇;;悬浮石墨烯薄膜的压力敏感特性建模与仿真分析[J];测试技术学报;2017年01期
5 洪玮;彭波;刘军;姜楠;骆英;;石墨烯/钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合薄膜介电性能研究[J];人工晶体学报;2017年02期
6 王鸣玉;王亚;李衡峰;;石墨烯/聚酰亚胺介电复合材料的制备与性能[J];粉末冶金材料科学与工程;2017年01期
7 吴涛;张晓伟;蒋业华;;过渡金属表面CVD石墨烯的生长机理研究进展[J];功能材料;2017年06期
8 刘学;蔡昌凤;丁佳炜;;石墨烯修饰柔性电极的制备及其性能研究[J];重庆理工大学学报(自然科学);2017年07期
9 梁岩冰;李林昊;王丽珍;徐鹏;高元明;樊瑜波;;石墨烯/蚕丝蛋白复合膜的构建、表征与生物相容性评估[J];功能材料;2017年07期
10 陈绍源;林晓芝;;石墨烯透明导电薄膜可控制备及实用性研究[J];材料导报;2017年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高超;方波;;石墨烯宏观组装及多功能复合材料[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M:高分子共混与复合体系[C];2017年
2 李永军;杨阳;戴静;黄晓宇;;功能化石墨烯、氟化石墨烯及石墨烷的制备[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题O:共价骨架高分子与二维高分子[C];2017年
3 梁秀敏;江雷;程群峰;;仿生石墨烯纤维研究进展[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M:高分子共混与复合体系[C];2017年
4 方浩明;白树林;;三维石墨烯填充高导热弹性体[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M:高分子共混与复合体系[C];2017年
5 许亮;邹聪;董鉴锐;张兴权;罗铭;左明明;曹振兴;;氧化石墨烯涂层的制备及其性能表征[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题K:高性能高分子[C];2017年
6 张学薇;徐晨;汪洋;尹少骞;王韫璐;赵沛;王宏涛;;石墨烯转移方法[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集(A)[C];2017年
7 汪洋;程昱;王韫璐;张帅;徐晨;张学薇;尹少骞;应林炜;宋也男;李群仰;赵沛;王宏涛;;石墨烯的制备及力学性质研究[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集(A)[C];2017年
8 王荧;郭航;李娟;;石墨烯制备及其应用安全[A];《环境工程》2018年全国学术年会论文集(中册)[C];2018年
9 张艾蕊;查鹏飞;王晓康;范冰奇;王梅玲;王海;;微波氧燃烧-高分辨电感耦合等离子体质谱法测定石墨烯中硫[A];第三届全国质谱分析学术报告会摘要集-分会场6:无机质谱[C];2017年
10 郭丽;;氧化石墨烯渗透膜的激光改性及其气体分离性能[A];第二届中国氚科学与技术学术交流会论文集[C];2017年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 王彦彬;石墨烯将怎样改变通信?[N];通信产业报;2016年
2 本报记者 崔彩凤;刘忠范:石墨烯更好发展必须着眼于未来[N];中国高新技术产业导报;2019年
3 本报记者 华凌;石墨烯产业期待去伪存真[N];科技日报;2018年
4 艾班;石墨烯生物材料制备成功[N];中国化工报;2014年
5 柯伟;石墨烯基础应用研究获新进展[N];科学时报;2011年
6 记者 姜小毛;首个纯石墨烯粉末产品诞生[N];中国化工报;2013年
7 百川;石墨烯研发面临三大难题[N];中国化工报;2015年
8 刘平昌 唐娟;国内首条石墨烯薄膜生产线投产[N];中国化工报;2013年
9 朱永康;全球石墨烯市场高速增长[N];中国化工报;2013年
10 记者 李东周;石墨烯产业技术创新联盟成立[N];中国化工报;2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许士才;石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D];山东师范大学;2014年
2 张银;太赫兹可调石墨烯超材料设计与研究[D];南京大学;2016年
3 吕杨;钴化合物/石墨烯复合材料制备及其氧还原催化性能研究[D];湖北大学;2018年
4 唐涛;羟基化石墨烯的磁性研究[D];南京大学;2015年
5 武庭瑄;基于石墨烯-贵金属纳米复合材料电化学传感器的构建及应用[D];山西大学;2018年
6 周金浩;掺杂石墨烯的可控制备及性能研究[D];电子科技大学;2018年
7 董仕鹏;石墨烯在水生生物中的富集、净化及其随食物链传递规律研究[D];南京大学;2017年
8 汪倩倩;石墨烯基材料合成及其锂二次电池中的应用[D];浙江大学;2018年
9 王建;氧化石墨烯在水环境中絮凝行为及作用机制研究[D];华北电力大学(北京);2018年
10 李瑞怡;高性能三维石墨烯材料的构筑、功能化及性能研究[D];江南大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王常耀;石墨烯提升内滤效应及其量子点靶向线粒体成像的研究[D];湖南大学;2014年
2 汤春苗;CVD石墨烯制备及其电学性质的研究[D];哈尔滨理工大学;2015年
3 刘思雨;多孔石墨烯气凝胶及其衍生物的制备表征和在水处理方面应用的研究[D];南京理工大学;2018年
4 晁磊;贵金属纳米粒子/氮掺杂三维交联石墨烯复合材料的制备及电化学应用研究[D];常州大学;2017年
5 余显正;基于石墨烯-Ag纳米复合体欧姆接触的近紫外LED器件研究[D];南京大学;2017年
6 冯成成;水溶性钴酞菁/氧化石墨烯复合物的合成、表征及催化性能研究[D];辽宁大学;2013年
7 周海燕;第一性原理计算研究石墨烯、硅烯及锗烯中的π磁性[D];山西师范大学;2018年
8 雇双;硼酸及其衍生物修饰的碳材料合成及性质研究[D];辽宁大学;2013年
9 韩海霞;功能石墨烯的制备及电化学生物传感器的应用研究[D];山西师范大学;2018年
10 王志玉;氮掺杂石墨烯量子点的制备及其在生物体液检测中的应用研究[D];山西师范大学;2018年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026