石墨烯金属复合材料的制备及其物性研究

发布时间：2017-12-03 09:23

  本文关键词：石墨烯金属复合材料的制备及其物性研究

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【摘要】：石墨烯(graphene)具有碳原子组成的二维蜂窝状六角形结构,其优异的的物理和化学性质,比如高的载流子迁移率、高机械强度、良好的热导性等吸引了世界范围内科学家们的广泛关注。尤其是其独特的电学特性,通过掺入杂质或引入缺陷可以改变石墨烯的性质,从而对其电子输运特性产生影响。随着石墨烯制备及性能研究的发展,石墨烯掺杂及相应性能调控的研究也取得了极大进展。石墨烯独特的二维平面结构具有超高的理论比表面积,可以作为理想的衬底吸附不同的金属原子以达到调节其电学特性的目的,但是对石墨烯可控地进行功能化、能带调控及物性探究具有极大挑战,这也是我们研究的关注点。本文通过化学气象沉积(CVD)的方法制备石墨烯,成本较低,样品单层性较好,这对我们接下来研究其物理特性特别重要。但这种方法得到的样品也存在一些问题,制备工艺较为繁杂,得到的石墨烯单晶性不太好,晶界和缺陷较多等等,因此要想得到高质量的石墨烯样品仍需深入研究；接下来,我们通过高真空电阻蒸发镀膜仪、磁控溅射仪和高温烧结方法在高质量石墨烯表面蒸镀(溅射)或者掺杂金属纳米颗粒,进一步制备了石墨烯金属复合材料。这些方法制备的石墨烯金属复合材料在电磁特性方面的研究很有意义,特别是磁电阻现象中的物理信息非常丰富,值得深入研究,而目前这一领域研究的内容较少。本文以高质量石墨烯及其金属复合材料的制备为研究主线,通过其电学和磁学性质的测量研究了石墨烯金属复合材料的霍尔效应和磁电阻效应等物性,主要内容如下：1.利用控制变量法研究影响CVD方法制备的石墨烯质量的因素,变量包括衬底铜箔(泡沫镍)的预处理、生长温度、时间、碳源和载气的流量比等,制备得到高质量的石墨烯样品。2.对制备得到的石墨烯样品进行光镜、Raman、SEM表征,筛选出高质量的石墨烯样品；然后利用高真空热蒸镀膜仪制备不同特征尺寸的石墨烯金属纳米复合材料,包括Au、Ti、Al、Cu、Ni等。考虑到金属Ni的铁磁性,我们重点对磁性金属Ni掺杂石墨烯样品做了Raman和SEM表征,分析研究了金属Ni纳米颗粒对石墨烯形貌和电子特性的影响。3.考虑到金属Ni的铁磁性可以在石墨烯中引入较强的自旋轨道耦合作用,破坏石墨烯的时间反演对称性进一步打开其能隙。我们在PPMS上采用四引线法测量研究了石墨烯/磁性金属Ni复合材料样品的霍尔效应和磁电阻效应,该方法制备的石墨烯金属复合材料在外加磁场强度不是很强的情况下,表现出独特的电磁特性,特别是磁电阻现象中的物理信息非常丰富,值得深入研究。4.我们利用磁控溅射系统在石墨烯表面溅射了不同厚度的超导NbN薄膜,并通过Raman、R-T的测量研究了石墨烯对其超导特性的影响。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333

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本文编号：1248235