中低能質(zhì)子束輻照單層石墨烯的損傷效應(yīng).pdf

1、單層石墨烯，一種由單層碳原子以sp2雜化方式形成的二維蜂巢狀材料，厚度僅有0.335nm，是目前世界上最薄、最堅(jiān)硬、強(qiáng)度最高的材料。由于優(yōu)異的材料性能，石墨烯在工業(yè)眾多領(lǐng)域內(nèi)有著巨大潛力和發(fā)展前景。
　　但由于其帶隙為零，一定程度上限制了在電子器件方面更進(jìn)一步的應(yīng)用。為了通過離子輻照在石墨烯中引入缺陷進(jìn)而打開帶隙并研究離子束與二維材料相互作用的機(jī)理與三維塊體材料的異同。本工作研究了不同能量的質(zhì)子束對(duì)SLG的輻照損傷效應(yīng)，主體工作分

2、為三部分。
　　1、750keV、1MeV的質(zhì)子束對(duì)硅基底SLG的輻照損傷效應(yīng)。
　　2、1MeV質(zhì)子束輻照不同基底的SLG的輻照損傷效應(yīng)比較。
　　3、20keV、150keV、250keV、400keV、800keV、2.2MeV質(zhì)子束對(duì)硅基底和自持SLG的輻照損傷效應(yīng)對(duì)比。
　　通過對(duì)比輻照前后的石墨烯樣品的拉曼光譜，我們發(fā)現(xiàn)：
　　1、當(dāng)質(zhì)子能量為150-400keV之間時(shí)，其轟擊硅基底單層石墨烯引

3、起的損傷與質(zhì)子在硅和碳中的能損呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，即能損越小，損傷越大。這一點(diǎn)與高能數(shù)個(gè)MeV區(qū)間的實(shí)驗(yàn)特性完全相反。經(jīng)過多次在不同加速器下重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),以及每塊靶材上進(jìn)行均勻分布的數(shù)十個(gè)拉曼點(diǎn)測試和表征，充分證實(shí)了該主要實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的可靠性。
　　2、在100-400keV能區(qū)，質(zhì)子束在硅基底單層石墨烯上引起的損傷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其在自持單層石墨烯上造成的損傷。這一特性與MeV能區(qū)又有著明顯的不同，MeV及以上能區(qū)，國際上實(shí)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)自持單層石墨

4、烯的損傷大于有基底單層石墨烯的損傷。
　　除以上發(fā)現(xiàn)外，本研究工作還得到以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
　　1、質(zhì)子能區(qū)在750keV~2.2MeV時(shí)，ID/IG隨著入射質(zhì)子能損的增大而增大，與SRIM程序模擬結(jié)果趨勢(shì)一致;缺陷間平均距離LD隨入射質(zhì)子能量的增大而增大；缺陷密度nD隨入射質(zhì)子能量的增大而減小。這表明該能區(qū)的質(zhì)子在石墨烯中的損傷效應(yīng)與三維材料相似。
　　2、能量為1MeV的質(zhì)子束對(duì)硅基底SLG的損傷效應(yīng)大于銅基底SLG。