多层石墨烯插层化合物的制备及电导率调控研究

由于多层石墨烯的低载流子密度限制了其电导率,为了提升石墨烯电导率,通过两温区气相插层方法制备了基于激光诱导石墨烯(LIG)的一阶与二阶石墨烯插层化合物,利用XRD、扫描电子显微镜、拉曼光谱等对插层化合物进行形貌和结构表征,用标准的四探针法测试了电导率。结果表明该化合物很好的保留了LiG的三维多孔结构,为电子传导提供了快速通道;其电导率由纯LIG的634 S/m提高到一阶插层的943 S/m和二阶插层的1 306 S/m,且插层过后仍然能够较完整的转移到其他基面,结构没有破坏。插层过程是由插层剂从中心向边缘逐渐扩散形成的,插层剂分子在插层过程中的剧烈运动,LiG表面发生破损。

三氯化铁基少层石墨烯插层化合物的拉曼光谱

利用拉曼光谱技术,研究了三氯化铁插层掺杂的少层石墨烯薄片。通过G带拉曼成像可判明样品不同的插层掺杂部分及其掺杂程度。G带拉曼峰在双层石墨烯和四层石墨烯中分别为单峰和双峰的不同结构。在石墨烯边缘处,G带拉曼峰会比其内部多出1个本征的G0峰,说明石墨烯边缘仍然存在未经插层掺杂的石墨烯。经过插层的双层石墨烯2D带拉曼峰仍可拟合出4个洛伦兹峰。

三层石墨烯及其n型和p型插层化合物的制备和拉曼光谱表征

我们利用微机械剥离方法制备了三层石墨烯。在此基础上,利用两室气体传输法,以三氯化铁和钾为化学掺杂剂,成功合成了三层石墨烯的一阶p型和n型插层化合物。三层石墨烯的高分辨率拉曼光谱具有独特的2D谱峰线形,该线形可以用作指纹来鉴别三层石墨烯。三层石墨烯一阶插层化合物的拉曼光谱表明,三氯化铁和钾的插层掺杂使得三层石墨烯的层间耦合作用严重减弱,掺杂剂层之间的每一层石墨烯都具有重掺杂单层石墨烯的物理性质。具有纳米级厚度的多层石墨烯插层化合物的成功制备将为石墨烯在重掺杂情况下的基础物理研究和石墨烯的微纳光电子器件研究打下良好基础。

石墨烯吸附TiCl_(4)分子的条件控制及光电性能的理论研究

为研究石墨烯吸附TiCl_(4)分子的影响因素及其光电性能,探索复合物应用于传感器及透明导电薄膜的可能性,采用第一性原理与蒙特卡罗方法研究TiCl_(4)气体分子在石墨烯表面的吸附条件控制与光电性能。结果表明:(1)石墨烯对TiCl_(4)气体分子具有较强的物理吸附作用,Cl原子吸附在其附近相距质心位置最远的碳原子顶位最稳定;(2)温度升高不利于TiCl_(4)气体分子吸附,气体逸度增加有利于吸附,TiCl_(4)气体分子插入石墨/双层石墨烯/多层石墨烯时宜将温度维持在TiCl_(4)沸点附近,并增加气体的压力;(3)TiCl_(4)的吸附对石墨烯的电子结构进行了调控,使费米能级附近的态密度显著提高,赝能隙减小,有效提高了导电性能;(4)在可见光区域,TiCl_(4)的吸附对体系的吸收性能影响不大,在提升透明导电薄膜导电性的同时未影响薄膜的光学性能。

石墨烯吸附Al_(2)Cl_(6)分子的第一性原理与Monte Carlo研究

采用第一性原理与蒙特卡罗方法研究Al_(2)Cl_(6)气体分子在石墨烯表面的吸附性能与光电性质,结果表明:(1)石墨烯对Al_(2)Cl_(6)气体分子具有较强的物理吸附作用,两个Al原子的连线与石墨烯平面近乎平行且两个Al原子处于紧靠顶位的桥位位置时最稳定;(2)温度升高不利于Al_(2)Cl_(6)气体分子吸附并存在阶跃式降低,气体逸度增加有利于吸附并存在阶跃式升高,Al_(2)Cl_(6)气体分子插入石墨/双层石墨烯/多层石墨烯宜将温度维持在AlCl_(3)沸点附近,并增加气体的压力;(3)Al_(2)Cl_(6)的吸附对石墨烯的电子结构进行了调控,但没有明显改变石墨烯费米能级附近的态密度以及“赝能隙”;(4)Al_(2)Cl_(6)的吸附对体系光学参数的影响十分明显,静态介电常数提高近5倍,使体系屏蔽效应有较大增强,在长波波段的吸收性能、反射性能及光电导也有了明显提升.