石墨烯基复合材料的制备及其在光电信息存储领域的应用

发布时间：2017-08-12 14:02

  本文关键词：石墨烯基复合材料的制备及其在光电信息存储领域的应用

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【摘要】：石墨烯是一种由sp2杂化碳原子紧密排列成的单一原子层厚度的六角网格结构的二维晶体。由于其独特的二维结构,使石墨烯具有特殊的能带结构,超高的载流子传输速度,所以石墨烯在微电子信息记录领域有广阔的应用前景,如RRAM型存储器的制备等。同时,石墨烯衍生物氧化石墨烯(GO)的表面含有大量羧基、羟基、环氧基团等含氧官能团,又由于大量共轭结构的存在,所以具有一定的荧光性能,可应用于发光元器件中。因此,根据其优良的光、电性能,本文分别制备了石墨烯基RRAM型存储器和石墨烯量子点基荧光复合材料,研究了其在光电信息存储领域的应用。传统RRAM型存储器中间活性层材料多为钙钛矿氧化物,二元过渡金属氧化物(如NiO,TiO2, ZnO等),硫族化合物,有机半导体材料,非晶硅等。与上述材料相比,GO表面含有大量亲水性官能团,在水中分散性好,易于大面积均匀成膜。通过改变含氧官能团的含量,可以调节GO的能带结构和导电特性,为其应用于RRAM型存储器提供了可能。同时,将AgNPs共价接枝到GO表面,AgNPs容易负载在GO表面的缺陷位,能够形成更加有效的活性中心吸引电子,促进活性层内电子活动而改善材料性能。因此,本文制备了以AgNPs-GO复合薄膜为中间活性层,以金属A1为顶电极,以ITO为底电极的Al/AgNPs-GO/ITO存储器。同时,分别对制备的GO和AgNPs-GO复合材料的形貌与性能进行了测试,对制备的Al/AgNPs-GO/ITO存储器的电双稳态性进行了测试与探讨。石墨烯及其衍生物除具有优良的电性能还具有优良的光学性能。石墨烯量子点(GQDs)作为一种新兴荧光材料,具有极好的生物相容性,光学稳定性,可调节的荧光性能,在光电器件中有着广阔的应用前景。但GQDs与上述的固态器件集成,必须在基板上的预定位置图案化。本课题成功制备了具有良好荧光性能,分散均匀,粒径分布范围约为1.50-4.00nm,平均粒径约为2.21m的GQDs。进一步设计GQDs与光固化树脂复合,通过紫外光固化的方式,成功地将GQDs图案化,制备了一系列无色透明又具有一定荧光性能的图案,为GQDs进一步应用于发光元器件提供可能。综上所述,本文将石墨烯基复合材料应用于光、电信息存储领域,制备了具有电双稳态性的Al/AgNPs-GO/ITO RRAM型存储器,为RRAM型存储器中间活性层材料提供了更多的选择。同时,制备了具有良好荧光性能的GQDs,进一步将GQDs与光固化树脂复合,通过紫外光固化的方式将GQDs图案化,为GQDs应用于发光元器件领域奠定了基础。
【关键词】：石墨烯 银纳米粒子 RRAM型存储器 石墨烯量子点 荧光图案
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333;TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-35
• 1.1 前言15-16
• 1.2 石墨烯(Graphene)16-21
• 1.2.1 石墨烯的结构16-17
• 1.2.2 石墨烯的性能17-18
• 1.2.3 石墨烯的制备18-21
• 1.3 氧化石墨烯基RRAM型存储器的研究21-27
• 1.3.1 RRAM型存储器简介21-22
• 1.3.2 RRAM型存储器的基本原理22-24
• 1.3.2.1 导电丝(Filament)理论23-24
• 1.3.2.2 空间电荷限制电流效应(SCLC效应)24
• 1.3.2.3 肖特基势垒模型(Schottky barrier)24
• 1.3.3 氧化石墨烯基RRAM型存储器的研究现状24-27
• 1.4 石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots,GQDs)的研究27-34
• 1.4.1 石墨烯量子点简介27
• 1.4.2 石墨烯量子点的性能27-28
• 1.4.3 石墨烯量子点的制备方法28-31
• 1.4.3.1 自上而下的方法28-30
• 1.4.3.2 自下而上的方法30-31
• 1.4.4 石墨烯量子点复合材料的研究31-34
• 1.5 本课题的研究目的及创新点34-35
• 1.5.1 本课题的研究目的34
• 1.5.2 本课题的研究内容及创新点34-35
• 第二章 Al/AgNPs-GO/ITO RRAM型存储器的制备与研究35-51
• 2.1 引言35-36
• 2.2 实验药品36-37
• 2.3 实验仪器37-38
• 2.4 实验方案38-40
• 2.4.1 AgNPs的制备38
• 2.4.2 GO的制备38-39
• 2.4.3 AgNPs-GO的制备39
• 2.4.4 Al/AgNPs-GO/ITO存储器的制备39-40
• 2.5 测试与表征40-42
• 2.5.1 扫描电子显微镜(SEM)测试40
• 2.5.2 透射电子显微镜(TEM)测试40
• 2.5.3 紫外分光光度计测试40
• 2.5.4 热失重(TG)测试40
• 2.5.5 拉曼(Raman)光谱测试40-41
• 2.5.6 X射线光电子能谱分析(XPS)41
• 2.5.7 X射线衍射(XRD)41
• 2.5.8 台阶仪41
• 2.5.9 电子束蒸发镀膜设备41
• 2.5.10 半导体参数测试仪41-42
• 2.6 结果与讨论42-49
• 2.6.1 AgNPs的表征42-43
• 2.6.2 GO与AgNPs-GO的表征43-46
• 2.6.3 Al/AgNPs-GO/ITO存储器的电双稳态性表征46-48
• 2.6.4 Al/AgNPs-GO/ITO存储器的存储机理研究48-49
• 2.7 本章小结49-51
• 第三章 石墨烯量子点的制备及其性能研究51-67
• 3.1 引言51
• 3.2 实验药品51-52
• 3.3 实验仪器52-53
• 3.4 实验方案53-54
• 3.4.1 GO的制备53
• 3.4.2 GQDs的制备53
• 3.4.3 基于GQDs复合材料的制备53-54
• 3.5 测试与表征54-56
• 3.5.1 (高分辨)透射电子显微镜(TEM)测试54
• 3.5.2 原子力显微镜(AFM)测试54
• 3.5.3 傅里叶红外光谱(FT-IR)测试54
• 3.5.4 紫外分光光度计测试54
• 3.5.5 荧光光谱仪54-55
• 3.5.6 荧光显微镜55
• 3.5.7 荧光量子产率的测定55-56
• 3.6 结果与讨论56-65
• 3.6.1 GQDs的表征56-60
• 3.6.2 荧光量子产率60
• 3.6.3 GQDs的荧光机理研究60-61
• 3.6.4 GQDs的pH值依赖61-62
• 3.6.5 GQDs的溶剂依赖62-63
• 3.6.6 Fe~(3+)离子的检测63
• 3.6.7 基于GQDs的复合材料的表征63-65
• 3.7 本章小结65-67
• 第四章 结论67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 研究成果及发表的学术论文75-77
• 作者和导师简介77-79
• 北京化工大学专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书79-80

【参考文献】

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1 ;Nonvolatile resistive switching memories-characteristics,mechanisms and challenges[J];Progress in Natural Science:Materials International;2010年01期

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本文编号：661938