大尺寸单晶石墨烯的制备及透明电磁屏蔽性能研究
发布时间：2021-09-08 13:45
电磁辐射干扰已成为各领域普遍面临的问题。尤其在方舱,军用电子元件、武器部件等领域。这些领域不仅要求材料具备优良的导电性,也对材料的透光性提出了更高要求。然而,较为常用的金属氧化物薄膜氧化铟锡（ITO）因原材料稀缺、制备工艺昂贵以及ITO薄膜的脆性等问题,催生出新型透明电磁屏蔽材料的研发。石墨烯因重量轻,化学性能稳定、电学性能优异及高透光性成为研究重点。现阶段,石墨烯的导电性受结晶性和薄膜质量的制约。电磁屏蔽效能的实测值与理论值之间存在较大差异。基于以上分析,论文针对高质量单晶石墨烯的制备展开研究,并进一步探究了单晶石墨烯的透光性及电磁屏蔽效能。本文首先采用固相法（近熔点温度1069℃）和液相法（过熔点温度1095℃）制备大尺寸单晶铜,并对两种方法制备的单晶铜箔进行了表征及对比分析。结果表明,固相法制备的单晶铜尺寸为295.1 mm2,用时7 h。液相法制备的单晶铜尺寸为500 mm2,用时0.5 h。进一步采用化学气相沉积（CVD）法制备高质量单晶石墨烯。结果表明,在Ar:H2:CH4=160:10:1,生长温度为1050℃条件下,固相法制备的单晶铜上可获得相应尺寸的高质量的单晶石墨烯...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁屏蔽机理示意图[29]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-4-光范围内呈现高透射率和低阻率。透明导电薄膜的应用领域十分广泛（如触摸屏、透明电磁屏蔽、显示器和各种柔性电子设备。），并催生出满足不同领域实际需求的类型。（主要类型包括金属膜、聚合物膜、氧化物膜、其他化合物膜和复合膜）。其中，透明导电薄膜的典型的种类包括h-BN、MOFs、BP等透明薄膜材料，如图1-2所示。图1-2不同种类的透明导电薄膜的典型图示[33]常见的用于透明电磁屏蔽的窗口材料大致分为三类：金属材料、金属氧化物薄膜、碳材料（石墨烯薄膜和碳纳米管），如图1-2所示。1.2.2.1金属材料金属材料是最早应用于电磁屏蔽领域的材料。因为金属中存在大量的自由电子所以具有极强的导电性，如Au、Pd、Pt、Al等。金属薄膜的透光性差，为满足军事及电子应用领域对材料透光率的需求，金属被制备成金属网栅结构[34]。2015年，张通化等人[35]采用创新的环锭纺纱方法，生产了一种新型的含不锈钢长丝/短纤维复合纱（SS）。基于电磁屏蔽材料的屏蔽机理，成功开发了一种具有电磁屏蔽特性的多功能SS复合织物的制备方法。同轴传输线方法用于研究辐射频率，金属含量，金属网眼尺寸和几何形状等不同因素对复合面料在15–3000MHz频率范围内的EMISE的影响。使用方差分析（ANOVA）检查了这些因素的显著性。使用上述因素作为变量来建立回归模型方程，并且对该模型的准确性和实用性进行了验证。实验结果表明，复合织物的平均EMISE在15-3000MHz频率下为20.76-51.92dB（如图1-3所示）。
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-5-此外，基于金属材料优越的导电性，在后续的研究过程中金属网栅常被用做复合透明屏蔽薄膜的添加层。并通过控制金属材料的厚度来控制其透光性。图1-3织物质地对EMISE的影响[35]1.2.2.2透明导电氧化物材料金属材料具有一定的局限性，例如铝基抗冲击性低，不锈钢密度高。金属屏蔽层易受腐蚀，导致非线性的生锈螺栓效应，尤其在海洋环境中会引起互调问题。屏蔽层和垫片所使用的两种不同金属会引起电腐蚀，这会降低金属屏蔽层的电磁屏蔽效能[36]。此外，该材料受自身材质影响，其透光性无法满足特殊领域的应用需求。所以，实现透明性、导电性和耐腐蚀性共存的常用方法是选择宽禁带半导体或绝缘体以确保可见光区的高透明性，再通过元素掺杂来引入载流子以实现导电性。按照该研究思路可形成兼顾可见光区高透明性和良好导电性的一类非常重要的材料体系即透明导电氧化物[37]。2018年沈向前等人[38]报道了一种具有优异光电性能的高质量铝锌氧化物（AZO）/金/铝锌氧化物（AZO）夹心薄膜。利用单层云母代替传统柔性基板，可以通过机械剥落获得云母，从而给出原子级的平滑表面，这有利于制备高质量薄膜的制备。然后通过脉冲激光沉积（PLD）法获得用于高性能透明柔性电极的高质量薄膜。该材料在可见光范围内的平均透射率约为81.7％（包括衬底的贡献），薄层电阻为5Ω/sq。2020年NursevErdogan等人[39]通过调节ITO和Au层的沉积时间，进一步优化薄膜总体透明度和导电性。通过将金沉积时间增加至15s，可以提高薄膜的透射率。超过这一点，持续时间的进一步增加导致光透射率的降低。在优化
【参考文献】：
硕士论文
[1]座舱盖透明保护与电磁屏蔽涂层的制备与性能研究[D]. 姜卫国.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3390892
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁屏蔽机理示意图[29]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-4-光范围内呈现高透射率和低阻率。透明导电薄膜的应用领域十分广泛（如触摸屏、透明电磁屏蔽、显示器和各种柔性电子设备。），并催生出满足不同领域实际需求的类型。（主要类型包括金属膜、聚合物膜、氧化物膜、其他化合物膜和复合膜）。其中，透明导电薄膜的典型的种类包括h-BN、MOFs、BP等透明薄膜材料，如图1-2所示。图1-2不同种类的透明导电薄膜的典型图示[33]常见的用于透明电磁屏蔽的窗口材料大致分为三类：金属材料、金属氧化物薄膜、碳材料（石墨烯薄膜和碳纳米管），如图1-2所示。1.2.2.1金属材料金属材料是最早应用于电磁屏蔽领域的材料。因为金属中存在大量的自由电子所以具有极强的导电性，如Au、Pd、Pt、Al等。金属薄膜的透光性差，为满足军事及电子应用领域对材料透光率的需求，金属被制备成金属网栅结构[34]。2015年，张通化等人[35]采用创新的环锭纺纱方法，生产了一种新型的含不锈钢长丝/短纤维复合纱（SS）。基于电磁屏蔽材料的屏蔽机理，成功开发了一种具有电磁屏蔽特性的多功能SS复合织物的制备方法。同轴传输线方法用于研究辐射频率，金属含量，金属网眼尺寸和几何形状等不同因素对复合面料在15–3000MHz频率范围内的EMISE的影响。使用方差分析（ANOVA）检查了这些因素的显著性。使用上述因素作为变量来建立回归模型方程，并且对该模型的准确性和实用性进行了验证。实验结果表明，复合织物的平均EMISE在15-3000MHz频率下为20.76-51.92dB（如图1-3所示）。
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-5-此外，基于金属材料优越的导电性，在后续的研究过程中金属网栅常被用做复合透明屏蔽薄膜的添加层。并通过控制金属材料的厚度来控制其透光性。图1-3织物质地对EMISE的影响[35]1.2.2.2透明导电氧化物材料金属材料具有一定的局限性，例如铝基抗冲击性低，不锈钢密度高。金属屏蔽层易受腐蚀，导致非线性的生锈螺栓效应，尤其在海洋环境中会引起互调问题。屏蔽层和垫片所使用的两种不同金属会引起电腐蚀，这会降低金属屏蔽层的电磁屏蔽效能[36]。此外，该材料受自身材质影响，其透光性无法满足特殊领域的应用需求。所以，实现透明性、导电性和耐腐蚀性共存的常用方法是选择宽禁带半导体或绝缘体以确保可见光区的高透明性，再通过元素掺杂来引入载流子以实现导电性。按照该研究思路可形成兼顾可见光区高透明性和良好导电性的一类非常重要的材料体系即透明导电氧化物[37]。2018年沈向前等人[38]报道了一种具有优异光电性能的高质量铝锌氧化物（AZO）/金/铝锌氧化物（AZO）夹心薄膜。利用单层云母代替传统柔性基板，可以通过机械剥落获得云母，从而给出原子级的平滑表面，这有利于制备高质量薄膜的制备。然后通过脉冲激光沉积（PLD）法获得用于高性能透明柔性电极的高质量薄膜。该材料在可见光范围内的平均透射率约为81.7％（包括衬底的贡献），薄层电阻为5Ω/sq。2020年NursevErdogan等人[39]通过调节ITO和Au层的沉积时间，进一步优化薄膜总体透明度和导电性。通过将金沉积时间增加至15s，可以提高薄膜的透射率。超过这一点，持续时间的进一步增加导致光透射率的降低。在优化
【参考文献】：
硕士论文
[1]座舱盖透明保护与电磁屏蔽涂层的制备与性能研究[D]. 姜卫国.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3390892
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3390892.html
