煤基碳薄膜的制备及其光电性能研究
发布时间：2021-01-03 08:31
碳是地球上一切有机体的骨架元素和化学上最通用的元素之一。碳材料因其内部碳sp2杂化的异向性和排列的各向异性使其具有多种性质,并在光学、电学及储能方面表现出一定潜力。对比石墨烯、碳纳米管、石墨烯等多种碳材料,煤具有储量丰富、价格较低廉等优点,以煤为原料制备碳材料具有广阔的研究前景。本文以褐煤为碳材料制备的碳源,针对褐煤独特的化学结构、组成以及煤中存在芳香结构和脂肪结构单元等特点,研究了一种低成本的相溶方法,并且将离心后的上清液以一种简单的膜制备方法-旋涂法制备成煤基碳薄膜,在不同温度下对其进行退火处理,测试退火温度对其电学性能的影响,通过表征分析退火对其内部结构的影响。本文研究表明,原煤和异丙醇混合球磨后沉淀中的碳、氮和硫元素含量和原煤基本相同,氢、氧元素含量以及水分、挥发分减少,灰分和固定碳增加;混合球磨使得原煤破碎,粒径减小,促进了煤中含有羟基以及小粒径物质转移至异丙醇溶液中;对比原煤、沉淀和上清液的拉曼光谱和X射线光电子能谱,发现湿法混合球磨过程不改变原煤的无序性和内部碳原子的键合方式,湿法球磨-离心产生的上清液的无序性和内部碳原子键合方式与原煤保持一致;退火处理造成煤基碳薄膜表面...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１行星球磨机工作原理??
２．１．２均胶机??在该实验中，使用北京赛德凯瑟电子有限责任公司生产的ＫＷ－４Ｂ型均胶机旋??涂上清液形成煤基碳薄膜，如图２－２所示。??图２－２?ＫＷ－４Ｂ型均胶机??均胶机和无油真空泵相连接抽真空将基片固定在片托上，高速旋转情况下去除??表面的尘土，设定合理的高速和低速旋涂速度和时间，用移液枪取一定量的上清液??进行旋涂，旋涂上清液可在大气条件下进行。其设备原理是离心后的上清液溶液滴??在高速旋转的基片上时受到离心力作用向外流动并且均匀地涂覆在基片表面，厚度??与不同液体和基片之间的粘滞系数而不同，也与旋转速度和时间有关系，表２－２为??该设备的技术参数。??表２－２?ＫＷ－４Ｂ型均胶机技术参数??技术名称?技术参数??旋转低速?４００ｒｐｍ??低速时间?２０ｓ??旋转高速?２５００ｒｐｍ??高速时间?ｌ〇ｓ??旋转稳定性?±５％。??定时精度?±２０ｐｐｍ??２．１．３退火炉??实验退火装置采用改装后的管式炉，主要设备和仪器有：管式电阻炉、真空泵、??石英管（ｃｐ５０＊１５００ｍｍ）、气压表、石英舟、氩气瓶、流量计等，见图２－３。??１０??
?ｉ?＇ｌ，＇?ｉ?ｙ＇?ｖ，ｉｉ?７ｉ??图２－４退火内部示意图??退火过程为：将样品放置管式炉中央，打开进气阀和真空泵，调节流量计和真??空泵使石英管室内的压力保持在〇．２ＭＰａ左右，连续通气１分钟后以２０°Ｃ７ｍｉｎ升温??速率升至设定的退火温度，并在该温度下保持３０分钟，后关闭加热程序使其自然??降温至室温，在自然降温过程中保持通气和石英管室内的压力不变。??２．１．４光刻机??选择清华大学微电子所产于日本且型号为ＰＬＡ－５００型光刻机进行光刻，是一台??半自动接触式曝光机，需要与其他辅助的设备协同配合完成光刻工艺，如图２－５所??示。该设备对准曝光方式可以在软接触式、接近式和硬接触式之间切换，此外该设??备具有自动传片功能和自动找平功能
【参考文献】：
期刊论文
[1]光刻旋涂中的膜厚分析与数值模拟[J]. 刘学平,郑钢. 中国机械工程. 2015(06)
[2]电化学法制备的还原氧化石墨烯薄膜及其光电性能研究[J]. 黄河洲,贺蕴秋,李文有,储晓菲,李一鸣,陈慧敏,刘德宇. 发光学报. 2014(02)
[3]高温高压合成金刚石的Raman光谱与XPS研究[J]. 杨志军,李红中,林峰,陈军,彭明生,石贵勇,蒙宇飞,付伟. 超硬材料工程. 2007(02)
[4]表面波等离子体沉积类金刚石膜结构的Raman光谱和XPS分析[J]. 黄卫东,詹如娟. 光谱学与光谱分析. 2003(03)
[5]竹节状碳纳米管有序阵列的合成和表征[J]. 包建春,王克宇,张宁,徐正. 无机化学学报. 2002(11)
[6]影响聚合物电致发光器件旋涂膜厚因素的研究[J]. 钟志有,徐重阳,刘陈,尹盛,王长安. 半导体光电. 2002(03)
[7]金刚石薄膜的性质、制备及应用[J]. 满卫东,汪建华,王传新,马志斌. 新型炭材料. 2002(01)
[8]由二种烟煤制备碳纳米管的探索性研究[J]. 邱介山,韩红梅,周颖,胡德生,曾适之,P J F Harris. 新型炭材料. 2001(04)
[9]煤基富勒烯的制备研究[J]. 邱介山,周颖,王琳娜,杨兆国,韩红梅. 大连理工大学学报. 2000(S1)
[10]类金刚石（DLC）膜的制备技术概况[J]. 程宇航,吴一平,陈建国,乔学亮. 材料导报. 1996(02)
博士论文
[1]碳纳米管薄膜—硅异质结太阳电池[D]. 贾怡.清华大学 2011
硕士论文
[1]生物衍生碳材料/钴镍基氧化物纳米线复合电极的制备及在超级电容器领域的应用[D]. 熊威.华中师范大学 2016
[2]新型碳材料柔性对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用[D]. 焦金凯.上海大学 2016
[3]氮气及甲醇-氮气气氛下红河褐煤热解研究[D]. 张淋.大连理工大学 2012
本文编号：2954665
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１行星球磨机工作原理??
２．１．２均胶机??在该实验中，使用北京赛德凯瑟电子有限责任公司生产的ＫＷ－４Ｂ型均胶机旋??涂上清液形成煤基碳薄膜，如图２－２所示。??图２－２?ＫＷ－４Ｂ型均胶机??均胶机和无油真空泵相连接抽真空将基片固定在片托上，高速旋转情况下去除??表面的尘土，设定合理的高速和低速旋涂速度和时间，用移液枪取一定量的上清液??进行旋涂，旋涂上清液可在大气条件下进行。其设备原理是离心后的上清液溶液滴??在高速旋转的基片上时受到离心力作用向外流动并且均匀地涂覆在基片表面，厚度??与不同液体和基片之间的粘滞系数而不同，也与旋转速度和时间有关系，表２－２为??该设备的技术参数。??表２－２?ＫＷ－４Ｂ型均胶机技术参数??技术名称?技术参数??旋转低速?４００ｒｐｍ??低速时间?２０ｓ??旋转高速?２５００ｒｐｍ??高速时间?ｌ〇ｓ??旋转稳定性?±５％。??定时精度?±２０ｐｐｍ??２．１．３退火炉??实验退火装置采用改装后的管式炉，主要设备和仪器有：管式电阻炉、真空泵、??石英管（ｃｐ５０＊１５００ｍｍ）、气压表、石英舟、氩气瓶、流量计等，见图２－３。??１０??
?ｉ?＇ｌ，＇?ｉ?ｙ＇?ｖ，ｉｉ?７ｉ??图２－４退火内部示意图??退火过程为：将样品放置管式炉中央，打开进气阀和真空泵，调节流量计和真??空泵使石英管室内的压力保持在〇．２ＭＰａ左右，连续通气１分钟后以２０°Ｃ７ｍｉｎ升温??速率升至设定的退火温度，并在该温度下保持３０分钟，后关闭加热程序使其自然??降温至室温，在自然降温过程中保持通气和石英管室内的压力不变。??２．１．４光刻机??选择清华大学微电子所产于日本且型号为ＰＬＡ－５００型光刻机进行光刻，是一台??半自动接触式曝光机，需要与其他辅助的设备协同配合完成光刻工艺，如图２－５所??示。该设备对准曝光方式可以在软接触式、接近式和硬接触式之间切换，此外该设??备具有自动传片功能和自动找平功能
【参考文献】：
期刊论文
[1]光刻旋涂中的膜厚分析与数值模拟[J]. 刘学平,郑钢. 中国机械工程. 2015(06)
[2]电化学法制备的还原氧化石墨烯薄膜及其光电性能研究[J]. 黄河洲,贺蕴秋,李文有,储晓菲,李一鸣,陈慧敏,刘德宇. 发光学报. 2014(02)
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[4]表面波等离子体沉积类金刚石膜结构的Raman光谱和XPS分析[J]. 黄卫东,詹如娟. 光谱学与光谱分析. 2003(03)
[5]竹节状碳纳米管有序阵列的合成和表征[J]. 包建春,王克宇,张宁,徐正. 无机化学学报. 2002(11)
[6]影响聚合物电致发光器件旋涂膜厚因素的研究[J]. 钟志有,徐重阳,刘陈,尹盛,王长安. 半导体光电. 2002(03)
[7]金刚石薄膜的性质、制备及应用[J]. 满卫东,汪建华,王传新,马志斌. 新型炭材料. 2002(01)
[8]由二种烟煤制备碳纳米管的探索性研究[J]. 邱介山,韩红梅,周颖,胡德生,曾适之,P J F Harris. 新型炭材料. 2001(04)
[9]煤基富勒烯的制备研究[J]. 邱介山,周颖,王琳娜,杨兆国,韩红梅. 大连理工大学学报. 2000(S1)
[10]类金刚石（DLC）膜的制备技术概况[J]. 程宇航,吴一平,陈建国,乔学亮. 材料导报. 1996(02)
博士论文
[1]碳纳米管薄膜—硅异质结太阳电池[D]. 贾怡.清华大学 2011
硕士论文
[1]生物衍生碳材料/钴镍基氧化物纳米线复合电极的制备及在超级电容器领域的应用[D]. 熊威.华中师范大学 2016
[2]新型碳材料柔性对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用[D]. 焦金凯.上海大学 2016
[3]氮气及甲醇-氮气气氛下红河褐煤热解研究[D]. 张淋.大连理工大学 2012
本文编号：2954665
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