石墨烯—硫化钼复合结构的设计制备与应变传感性能研究

发布时间：2020-09-26 17:08

　　 二维原子晶体材料凭借其独特的物理化学性质在科学技术领域引起了广泛关注,其中备受关注的是石墨烯和二硫化钼材料。石墨烯和二维二硫化钼通常可以在微小形变下实现较大的电阻变化,并且能够承受比相应体材料更大的弹性应变而不致于损伤,使其具备优异的应变传感特性。这一性质使其在结构健康监测、可穿戴器件、电子皮肤等方面有着重要的应用前景。本论文研究了网状二硫化钼和网状石墨烯薄膜,转移到不同衬底上构筑传感器件的应变传感特性,探讨了该传感器件的应变传感机理和应用领域。进一步设计制造了石墨烯和二硫化钼的复合结构器件,研究了其力-电-光多场耦合特性。本论文主要的研究内容和成果如下:首次采用化学气相沉积法在钼网表面制备了网状MoS_2薄膜。通过各种表征方法确认制备出了网状MoS_2薄膜,然后通过腐蚀基底法将网状MoS_2薄膜成功转移至聚二甲基硅氧烷衬底上,构筑了应变传感器件,测试其应变传感特性,并揭示了其应变传感的机理。制备了网状石墨烯,并研究了其应变传感特性。通过化学气相沉积法在铜网表面制备了网状石墨烯薄膜,以腐蚀基底法将网状石墨烯转移到硅片、聚二甲基硅氧烷、双面胶等衬底上,分别构筑应变传感器件,测试其应变传感性能,验证了网状石墨烯应变传感器在电子皮肤领域的应用前景,并从微观和宏观上分别解释了石墨烯应变传感特性的机理。构建了Graphene-MoS_2复合结构应变传感器件。利用化学气相沉积法在铜箔表面制备了石墨烯薄膜,采用湿法转移方式将石墨烯薄膜转移到SiO_2/Si基底上。将石墨烯薄膜转移至PET基底上,构建了Graphene/PET传感器件,通过测试发现Graphene/PET传感器件对于按压及振动均能产生电阻响应,且在振动过程中两端产生电势。构建Graphene-MoS_2复合结构传感器件,性能测试显示Graphene-MoS_2复合结构除了应变传感特性之外还具有光电响应特性,这对于构建力-电-光多场耦合的应变传感器件有着重要作用。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.2
【部分图文】：

原子层数逐渐减少至 10 个单原子层时，石墨层的电子结10层以下的石墨结构即可被称为石墨烯[1]。单层石墨烯的厚m，其独特的六元环稳定结构使其具有区别于其它材料的优 1(a)所示[16]，它的结构可以是翘曲状的零维(0D)富勒烯(Fu米管(Carbon Nanotube, CNT)或者成堆垛状的三维(3D)石墨本单元均可看作是石墨烯。它是一种零带隙二维材料如图子迁移率达到 200 000 cm2 V-1 s-1，是半导体硅(Si)的 140刚石的 3 倍[18]；超大的比表面积，高达 2630 m2/g[19]；单层层数有限范围内，奇数层石墨烯的透光性可简单地用(1-0.0有着优异的力学特性，硬度高于金刚石，每 100 nm 距离度比钢铁高出 100 倍。石墨烯内部碳原子之间通过共价键面时，碳原子面受力会弯曲变形，通过柔性变形来使得碳，从而能够使石墨烯结构维持稳定。此外，石墨烯的弹性和 1 TPa[21]，再加上其优异的电学性能，使其在应变传感领

石墨烯-硫化钼复合结构的设计制备与应变传感性能研究用 1100 ℃ 的热处理条件使得氧化石墨烯的面电阻从 106降低到 102 /□。常海欣研空气环境下 150 ℃热处理 260 min 获得了导电性良好的还原型少数层氧化石墨烯片了石墨烯薄膜场效应光学晶体管。水合肼还原法[29]是利用 N2H4 H2O 还原剂在水热/溶下对氧化石墨烯表面的含氧基团进行脱除的方法。氧化石墨烯还原法具有过程简单且，可以大批量制备石墨烯的优点，已被广泛应用于能量存储方面如锂离子电池和超级领域。 热膨胀剥离法膨胀剥离法[30]是石墨层间化合物在高温条件下克服石墨片层间的范德华力从而形成烯，如图 1.2 所示。石墨层间化合物(GIC)是以天然鳞片石墨为原料制备得到的，通过间插入非碳元素的原子、分子、离子甚至原子团使层间距增大， 进而促使层间作用力成层间化合物。因此，该化合物在高温条件下易分离成石墨烯小片，宏观上呈现蠕虫剥离法制备石墨烯存在大小不一，难以调控最终产物尺寸等缺点。并且制得的石墨烯机溶剂和表面活性剂，对于石墨烯的电学性能有着较大影响，但是石墨烯结构缺陷少，即结构完整性比较好。

积法制备石墨烯：(a)石墨烯在镍上的生长机制[33]；(b)石墨技术转移石墨烯的示意图[34]；(d)转移到 30 inch PET 薄片上[34]；(e)基于石墨烯的触摸屏平板通过控制软件和电脑连接的应用的本征迁移率、大的比表面积、优异的力学强度和高的透域有着重要的应用价值，随着对其基本性质的研究越来越管金属-氧化物-半导体场效应晶体管[35]，石墨烯场效应晶体迁移率是传统晶体管材料半导体硅的 140 倍，并且石墨烯变化[17]。并且鉴于石墨烯场效应晶体管具有更短的沟道和面发挥独特的作用。Novoselov 等在 2004 年报道了石墨烯，这是一个突破性进展。该器件以石墨烯下面的一个 300 n个掺杂硅基片作为背栅。这种背栅器件旨在证明一种概念

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本文编号：2827245