掺石墨烯透明导电薄膜制备及表征
本文选题:石墨烯 + 复合材料 ; 参考:《宁波大学》2017年硕士论文
【摘要】:石墨烯作为一种二维结构的新型材料,被广泛应用在锂电池电极、导电油墨、透明导电材料、散热、涂料、传感器等领域,其中大多数应用领域都是基于石墨烯复合材料。近年来,石墨烯基纳米复合材料点燃了学者们的研究热情,关于石墨烯复合材料的报道层出不穷,石墨烯基复合材料已然成为复合材料领域的新星。经过还原的氧化石墨烯,不但具有石墨烯的二维平面结构和特性,还保留了氧化石墨烯的部分结构,如部分亲水基团,因此还原氧化石墨烯作为溶胶-凝胶法制备石墨烯基复合材料的首选碳源。本论文通过便捷、绿色的溶胶-凝胶法分别制备了石墨烯改性的掺铝氧化锌(AZO)透明导电复合薄膜,金纳米颗粒(AuNPs)-氧化还原石墨烯(rGO)-氧化钛(TiO_2)的三元复合材料薄膜用于SERS基底,为探索低成本、环保的方法制备石墨烯基复合薄膜材料提供了思路。第一章介绍了石墨烯的性质,制备方法和表征方法以及石墨烯基复合材料的制备方法,并讨论了各个方法的优缺点,重点介绍了溶胶-凝胶法。第二章对CVD石墨烯和还原氧化石墨烯进行了透射电镜,扫描探针显微镜,拉曼及热失重等表征实验研究。第三章采用溶胶-凝胶法制备rGO-AZO透明导电复合薄膜,通过溶胶-凝胶法掺入不同浓度的铝(1~6%)和不同含量的rGO(0~20 mg),制备出多层结构的导电薄膜。分别对干燥后的凝胶和薄膜进行表征,研究不同掺铝浓度、不同石墨烯含量和真空处理对rGO-AZO透明导电复合薄膜的光电性能的影响。当Al掺杂浓度为2%且rGO含量为10mg,rGO-AZO透明导电薄膜的方阻为最优,约为15.2 kΩ/□,此时霍尔迁移率和载流子浓度分别达到17.7 cm2/Vs和10.6×1019 cm-3。第四章通过溶胶-凝胶法,掺入金纳米颗粒和少量的rGO微片至TiO_2溶液中,并利用悬涂法沉积到SiO_2玻璃或硅片上,经过420°C的高温处理后,制备出多层结构的rGO-AuNPs-TiO_2薄膜。以rGO-AuNPs-TiO_2复合薄膜为SERS的基底,探索检测不同浓度的吡啶水溶液,发现拉曼信号强度随着吡啶浓度的增加而增加。
[Abstract]:As a new type of new material, graphene is widely used in the fields of lithium battery electrodes, conductive inks, transparent conductive materials, heat dissipation, coatings, sensors and other fields. Most applications are based on graphene composites. In recent years, graphene nanocomposites have ignited the research enthusiasm of scholars and about graphene There are endless reports of composite materials. Graphene based composites have become a new star in the field of composite materials. After the reduction of graphene oxide, it not only has two-dimensional structure and properties of graphene, but also preserves some of the structure of graphene oxide, such as some hydrophilic groups. Therefore, the reduction of graphene oxide as a sol-gel method. The carbon doped Zinc Oxide (AZO) transparent conductive composite film modified by graphene was prepared by a convenient and green sol-gel method. The three element composite film of gold nanoparticles (AuNPs) - oxidation-reduction graphene (rGO) - titanium oxide (TiO_2) was used in the SERS substrate for the exploration of low cost. The preparation of graphene based composite film materials by environmental protection methods provides a way of thinking. Chapter 1 introduces the properties of graphene, preparation methods and characterization methods as well as the preparation methods of graphene based composites, and discusses the advantages and disadvantages of each method, focusing on the sol-gel method. The second chapter is the second chapter on the introduction of graphene and reduced graphene oxide. The experimental study of transmission electron microscopy, scanning probe microscope, Raman and thermal weightlessness was carried out. The third chapter was prepared by sol-gel method to prepare rGO-AZO transparent conductive composite film. The multilayer conductive film was prepared by adding different concentrations of aluminum (1~6%) and different content of rGO (0~20 mg) by sol-gel method. The dried gelatin was prepared by the sol-gel method. The effect of different aluminum doping concentration, different graphene content and vacuum treatment on the photoelectric properties of rGO-AZO transparent conductive composite film is investigated. When the Al doping concentration is 2% and the content of rGO is 10mg, the square resistance of rGO-AZO transparent conductive film is optimal, about 15.2 K OMEGA / *, and the Holzer mobility and carrier concentration are 1, respectively. 7.7 cm2/Vs and 10.6 x 1019 cm-3. fourth chapters are prepared by sol-gel method, doped with gold nanoparticles and a small amount of rGO microchips to TiO_2 solution, and deposited on SiO_2 glass or silicon wafer by suspension method. After high temperature treatment of 420 degree C, the multilayer structure of rGO-AuNPs-TiO_2 thin film is prepared. The composite film of rGO-AuNPs-TiO_2 is the base of SERS. The detection of different concentrations of pyridine aqueous solution showed that the Raman signal intensity increased with the increase of pyridine concentration.
【学位授予单位】:宁波大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O484;O613.71
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,本文编号:1938713
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