二硫化钼—石墨烯异质结的制备与研究

发布时间：2017-04-17 08:02

  本文关键词：二硫化钼—石墨烯异质结的制备与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯是单层六角元胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体材料。石墨烯作为后硅时代的一种神奇材料，具有非凡的光学、热学、机械力学等特性，尤其是在室温下电子迁移率高，导电性能优异，使它成为可以应用在电子、传感器、催化、能源储存等方面的未来有潜力的新一代材料。过渡族金属硫化物中的二硫化钼（MoS2）具有类石墨烯结构，它不但具有良好的电子、光学、催化特性，单层的MoS2是薄而透明的。MoS2从块状到纳米层状，它从间接带隙转变到直接带隙，能辅助石墨烯在半导体电子领域得到更广泛的应用。 目前纳米器件的研究是热点，石墨烯和MoS2形成的异质结是一种新型二维层状结构的异质结，这种器件具有质量轻、功耗低、柔性等特点，现在存在的主要问题是保证二维石墨烯和层状MoS2的晶体结构，可控制备石墨烯和层状MoS2，完善异质结器件的工艺和结构设计，提高其电学性能，对其在实际中的应用至关重要。针对以上问题，本文的主要研究内容及结果如下： （1）可控制备高质量石墨烯二维晶体的探索。借助X射线衍射仪、扫描电镜、紫外光谱、红外光谱、拉曼光谱等对石墨烯性质进行表征分析，比较各种制备方法的优缺点，得到其制备的最佳工艺参数和制备方法。采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯，利用化学试剂HI酸和维生素C还原氧化石墨烯（GO），此方法过程复杂，时间较长，制备的石墨烯中引入了杂质原子，会破坏石墨烯原有二维结构，影响其性能；采用液相溶液剥离法，以石墨粉末为原料，在有机溶剂DMF中直接超声剥离，通过高速离心后得到质量较高的石墨烯分散液，制备石墨烯的最佳条件为石墨烯/DMF的浓度为0.14mg/ml，超声时间为9h，超声功率为350W，此方法能大批量生产石墨烯，适用于石墨烯透明导电薄膜的应用；采用化学气相沉积法（CVD）制备石墨烯，甲烷作为碳源，气体流量为10sccm，H2作为保护气体，气体流量为40sccm，生长温度为1000℃，生长时间为1-2min，在铜箔上生长了少数层的石墨烯，并采用湿法转移，将石墨烯薄膜转移到载玻片衬底上。 （2）磁控溅射制备层状MoS2薄膜，对其溅射条件进行优化。借助X射线衍射仪、拉曼光谱等对其性质进行表征分析，得到层状MoS2薄膜的最佳制备工艺参数为：溅射功率为30W，Ar气流量为15sccm，溅射时间为3min。 （3）MoS2-石墨烯异质结的制备。采用磁控溅射法在玻璃衬底上制备MoS2薄膜，选取CVD法在MoS2薄膜上制备石墨烯，再利用磁控溅射法沉积金属铜接触电极，形成MoS2-石墨烯异质结。借助拉曼光谱分析MoS2和石墨烯的结构，并从理论上分析MoS2与金属接触的能带结构，从实验测试分析石墨烯与金属接触的I-V性能，并最终测试MoS2-石墨烯异质结的I-V特性。实验结果表明：随着异质结正向电压的增大，异质结电流I增大，当正向电压增大到一定值以后，电流增值幅度降低，基本趋于平缓；异质结加反向电压时具有反向电流，随着反向电压的增大，反向电流也随之增大。随着MoS2溅射时间的增大，异质结的电流会减小。 本文提出的这种创新型异质结器件，为其应用到传感器、光电检测等领域打下基础，未来通过进一步改进器件的结构和性能，将有望应用到电子领域中。
【关键词】：石墨烯 MoS_2 异质结 制备
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O613.71;O614.612
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 1 绪论13-31
• 1.1 石墨烯的国内外研究现状13-20
• 1.1.1 石墨烯的结构和性能14-16
• 1.1.2 石墨烯的制备方法16-18
• 1.1.3 石墨烯的应用18-20
• 1.2 MoS_2的国内外研究现状20-27
• 1.2.1 MoS_2的结构和性能20-23
• 1.2.2 MoS_2的制备方法23-25
• 1.2.3 MoS_2的应用25-27
• 1.3 异质结器件的国内外研究现状27-29
• 1.3.1 异质结的简介27-28
• 1.3.2 异质结的能带结构和 I-V 曲线28-29
• 1.3.3 异质结的应用29
• 1.4 本文的研究目的与意义29-30
• 1.4.1 MoS_2-石墨烯异质结器件的选题依据29-30
• 1.4.2 MoS_2-石墨烯异质结器件研究目的与意义30
• 1.5 论文的主要工作内容30-31
• 2 化学方法制备石墨烯薄膜31-44
• 2.1 实验材料与仪器31
• 2.2 氧化石墨烯的制备31-38
• 2.2.1 引言31-33
• 2.2.2 氧化石墨的制备33
• 2.2.3 氧化石墨烯水溶液的制备33-34
• 2.2.4 氧化石墨烯的性能表征分析34-38
• 2.3 石墨烯及石墨烯薄膜的制备38-42
• 2.3.1 引言38
• 2.3.2 石墨烯薄膜的制备38-39
• 2.3.3 石墨烯的表征分析39-42
• 2.4 本章小结42-44
• 3 液相溶液剥离法制备石墨烯44-50
• 3.1 实验材料、试剂与仪器44
• 3.2 石墨烯分散液的制备44-46
• 3.3 石墨烯的表征分析46-48
• 3.3.1 石墨烯分散液的紫外光谱分析46-47
• 3.3.2 石墨烯分散液的宏观结果分析47
• 3.3.3 石墨烯分散液的 SEM 表面形貌分析47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 4 化学气相沉积法制备石墨烯50-54
• 4.1 引言50
• 4.2 实验部分50-51
• 4.2.1 实验试剂和仪器50
• 4.2.2 实验过程50-51
• 4.3 石墨稀的转移51-52
• 4.4 石墨烯的表征52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 射频磁控溅射法制备二硫化钼54-62
• 5.1 引言54
• 5.2 射频磁控溅射法的基本原理54-55
• 5.3 二硫化钼薄膜的制备55-59
• 5.3.1 实验材料、试剂及仪器55
• 5.3.2 实验部分55-59
• 5.4 层状 MoS_2薄膜的表征59-61
• 5.4.1 MoS_2薄膜的 SEM 分析59-60
• 5.4.2 MoS_2薄膜的 XRD 组织结构分析60
• 5.4.3 MoS_2薄膜的拉曼光谱分析60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 6 MoS_2-石墨烯异质结的设计与研究62-67
• 6.1 MoS_2-石墨烯异质结的设计与制备62
• 6.2 MoS_2与金属电极接触结的分析62-63
• 6.3 石墨烯与金属电极接触结的分析63-65
• 6.4 MoS_2-石墨烯异质结的性能测试与分析65-67
• 7 结论与展望67-69
• 7.1 全文工作总结67
• 7.2 未来工作展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-79
• 攻读学位期间发表的论文目录79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 周丽春,吴伟端,赵煌;纳米二硫化钼的制备与表征[J];电子显微学报;2004年06期

2 胡坤宏;范广能;管航敏;韩成良;;纳米二硫化钼的制备及AFM表征[J];合肥学院学报(自然科学版);2005年04期

3 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

4 乌学东,王大璞,张信刚,杨生荣;表面修饰纳米粒子的摩擦学性能[J];上海交通大学学报;1999年02期

5 黄桂荣;陈建;;石墨烯的合成与应用[J];炭素技术;2009年01期

6 施尔畏，夏长泰，王步国，仲维卓;水热法的应用与发展[J];无机材料学报;1996年02期

7 李惠茗;张鹏云;李春新;;石墨烯的制备方法及表征研究[J];盐城工学院学报(自然科学版);2010年03期

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本文编号：312756