基于表面织构化衬底的石墨烯边缘场发射研究

石墨烯缘于优异的导电性和丰富的电子隧穿边缘,是场发射阴极的良好材料,而CVD法是低成本制备大面积高质量石墨烯的方法,但生长出来的石墨烯平行于衬底,形貌不利于场发射的进行。为解决单层石墨烯的问题,本文提出一种激光表面织构技术提高石墨烯场发射性能的方法。通过激光表面织构技术,烧蚀铜箔表面,制造具有一定织构的表面形貌。通过表面织构技术结合CVD法生长石墨烯,进行表征和场发射性能测试。结果表明,相比于原样品,织构化铜箔上生长的石墨烯场发射阴极的开启电场降低了11%,场增强因子提高了170%,说明场发射边缘的利用得到了提升,为提高石墨烯场发射性能提供一种新思路。

单层边缘功能化石墨烯的制备和表征

为探讨石墨烯的氧化过程,以浓硫酸、高锰酸钾和双氧水作为氧化剂,通过部分边缘氧化剥离石墨得到了单层边缘氧化石墨烯(SLMGO),用定量硼氢化钠还原得到了单层边缘功能化石墨烯(SLMFG).使用FT-IR、SEM、TEM、XRD和XPS等手段表征了SLMGO和SLMFG结构和形貌.结果表明:边缘功能化的单层石墨烯较深度氧化的多层石墨烯,能更好地保持层状平面结构.基于好的共轭程度,边缘功能化的石墨烯光电性能将更好.

边缘氧化石墨烯及水泥复合材料的制备研究

石墨烯和氧化石墨烯(GO)已在水泥基材料中得到广泛应用,但石墨烯不易分散,GO易与阳离子交联团聚。针对上述问题,本试验制备一种边缘氧化的石墨烯(EOG),掺入水泥制成EOG水泥基复合材料。结果表明,EOG具有良好的晶体单层结构,其边缘被氧化而基面结构保持良好;在水泥模拟孔隙溶液中,EOG分散性能较好;力学性能分析表明,不同于0.05%GO的最佳掺量,EOG在水泥中的最佳掺量为0.1%,0.1%EOG水泥基复合材料28 d抗折和抗压强度分别为8.27 MPa和57.71 MPa,较空白样分别提高28.62%和35.15%。与GO类似,EOG有促进水泥水化的作用,EOG水泥基复合材料较GO内部结构更紧密,进而提高了材料的力学性能。

通过边缘修饰在非磁性石墨烯基单分子结中引入自旋的理论研究

在分子自旋电子学中,向非磁性的分子器件中注入自旋引起了广泛关注.在此提出一个新颖的策略,将磁性引入到与两个扶手椅形石墨烯纳米带电极耦合的单个苯分子器件中,即将这两个扶手椅形石墨烯纳米带电极的末端切割成锯齿形边缘的三角形石墨烯.利用第一性原理方法研究了分子结的自旋相关输运性质.结果表明,由于锯齿形边缘的三角形石墨烯向扶手椅形石墨烯纳米带电极和苯分子的自旋转移,导致锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性减弱.有趣的是,虽然锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性衰减了,但仍对分子结的自旋输运有显著的贡献.输运计算表明,在自旋平行构型下,可以获得较大的电流自旋极化率.然而,在自旋反平行构型下,电流的自旋极化率发生了反转.器件隧穿磁电阻的正负可以通过偏压来调控.这项工作提出了一个在新型分子自旋电子器件中设计和应用石墨烯纳米带的有趣方法.

PECVD生长垂直石墨烯的场发射特性研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,以甲烷为碳源,在金属铜箔上制备了三维垂直石墨烯。通过调节生长参数,进行了七组对比实验,利用扫描电子显微镜,拉曼光谱对垂直石墨烯的形貌、质量以及层数进行了表征,用二级结构的场发射仪器测试了垂直石墨烯的场发射特性,研究了垂直石墨烯的场发射特性与其形貌、质量和密度的关系,并获得了开启电场低至0.29 V/μm的场发射特性。研究结果表明,垂直石墨烯是一种良好的场发射材料,未来在真空电子源中具有广阔的应用前景。