聚焦離子束輻照對(duì)多層石墨烯的表面改性研究.pdf

1、自2004年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，石墨烯一直是碳材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的特性使其在石墨烯晶體管、觸摸顯示屏、石墨烯電容器以及氣體傳感器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而在實(shí)際的應(yīng)用中如何調(diào)控石墨烯的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)器件性能的優(yōu)化以滿足不同的應(yīng)用要求還有待進(jìn)一步研究。本文詳細(xì)介紹了石墨烯的基本特性和應(yīng)用，總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外石墨烯改性技術(shù)的研究進(jìn)展?；诰劢闺x子束(Focus ion beam，F(xiàn)IB)系統(tǒng)中的鎵離子輻照技術(shù)對(duì)多層石墨烯進(jìn)行輻照

2、實(shí)驗(yàn)，借助光學(xué)顯微鏡、拉曼（Raman）光譜儀、原子力顯微鏡(Atom forcemicroscope，AFM)等探究了鎵離子輻照對(duì)多層石墨烯表面改性的影響。
　　通過(guò)綜合比較石墨烯的制備方法，采用機(jī)械剝離法獲得高質(zhì)量的多層石墨烯用于本實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)Raman表征了不同駐留時(shí)間下的鎵離子輻照對(duì)多層石墨烯的Raman光譜及力學(xué)特性的影響。研究結(jié)果表明:鎵離子輻照后，多層石墨烯的Raman光譜中特征峰的峰強(qiáng)、峰位以及半高寬均發(fā)生了變化

3、，并結(jié)合微觀散射機(jī)制解釋了特征峰變化的原因。根據(jù)輻照后Raman光譜的變化計(jì)算出石墨烯中引入的應(yīng)變大小、晶粒尺寸以及缺陷間距離的變化。結(jié)果表明:鎵離子輻照多層石墨烯后，石墨烯內(nèi)部存在壓應(yīng)變，減小了石墨烯的晶粒尺寸;隨著鎵離子輻照的駐留時(shí)間的增加，石墨烯的D峰和G峰的比值ID/IG先增大后減小，石墨烯的缺陷密度增加，無(wú)序化程度增大。鎵離子輻照后，石墨烯Raman光譜中2D峰的峰位發(fā)生藍(lán)移，對(duì)石墨烯進(jìn)行了p型摻雜。
　　采用AFM輕敲

4、模式下的多種掃描方式，分別對(duì)輻照后的多層石墨烯的表面形貌、石墨烯表面與針尖的粘附力以及石墨烯表面與針尖的接觸電位差進(jìn)行了表征。表征和分析結(jié)果表明:由于石墨烯表面的雜質(zhì)、輻照后引入的壓應(yīng)變促進(jìn)的褶皺的形成導(dǎo)致了表面形貌的改變，表面平均粗糙度高于未輻照區(qū)域;輻照后石墨烯表面的親水基團(tuán)使得石墨烯表面水分子增多，引起粘附力的增大;鎵離子輻照對(duì)石墨烯進(jìn)行了p型摻雜，引起了石墨烯功函數(shù)的增大，從而導(dǎo)致接觸電位差的增大。此外，本文通過(guò)SRIM專(zhuān)有軟件