石墨烯与氧化锌复合材料的光学性质研究

发布时间：2020-01-30 13:19

【摘要】：可延展柔性无机器件近年来成为新型信息器件的研究热点,在柔性衬底上实现不同功能器件的集成可以使传统的半导体器件具备可弯曲和可延展特性。柔性传感器作为可延展柔性无机器件的重要功能单元已成为发展柔性器件的关键技术,因此制备高性能的柔性无机传感器有利于推动柔性无机器件在医疗、健康、物联网等领域的发展。特别是基于碳纳米管和石墨烯等低维纳米碳材料的柔性传感器,既能够实现柔性,又具备低维纳米碳材料良好的力学性能和电学性能。因此本论文基于低维纳米碳材料设计和制备了光电传感器件,对器件性能进行了测试和分析,并利用氧化锌纳米颗粒的表面修饰等手段对器件的光电性能进行了调制。首先,在实现了碳纳米管的化学气相沉积法阵列化生长和碳纳米管分散溶液制备的基础上,通过旋涂碳纳米管分散液的方式实现了碳纳米管与聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基底的集成。进一步通过在集成了碳纳米管的PDMS基底上旋涂氧化锌纳米颗粒分散液实现了碳纳米管与氧化锌纳米颗粒的复合。器件的导电性测试表明复合后的功能层不具有良好的导电性。通过对复合材料表面形貌的表征和分析,观察到由于PDMS基底的疏水特性,碳纳米管会在基底上产生团聚,破坏了导电性。鉴于石墨烯所具有的大比表面积等表面特性,本文在第二部分的工作中利用石墨烯来克服PDMS基底疏水性导致的纳米碳材料团聚的问题。在通过将石墨烯分散液旋涂至PDMS基底,实现PDMS基底上形成均匀石墨烯层的基础上,通过氧化锌纳米颗粒修饰的方法提高了材料的光响应特性,避免了由石墨烯特殊的零带隙能带结构导致的光响应不强的问题。最终利用纳米氧化锌修饰的石墨烯/PDMS结构设计并制备了柔性光电传感器。对纳米氧化锌、石墨烯、纳米氧化锌/石墨烯复合材料三种材料从可见光波长部分(532nm)至红外光波长部分(980nm)的光照响应测试结果表明,纳米氧化锌/石墨烯复合材料的光响应特性在532 nm至980 nm光波长范围内相对于单独的纳米氧化锌与石墨烯均有明显的响应幅度提升,其响应幅度为单独石墨烯的50倍以上。测试结果证明了纳米氧化锌与石墨烯之间的相互作用在提升复合材料光响应性能上起着非常重要的作用。进一步地,对纳米氧化锌修饰的石墨烯/PDMS结构构成的光电传感器的光电响应性能测试表明,光的波长和功率对传感器的响应幅度有着明显的影响。结合纳米氧化锌/石墨烯复合材料的微观结构以及光吸收特性,对器件的光响应机理进行了分析和讨论,得出石墨烯与纳米氧化锌之间的表面效应在器件的光电响应中扮演着非常重要的角色。这部分工作表明,基于纳米氧化锌/石墨烯复合材料的光电传感器是一种具有良好性能,同时制备成本低廉的柔性光电传感器,在可穿戴电子中具有潜在的应用价值。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332

【参考文献】