【摘 要】
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为了推动石墨烯在光电探测领域的应用,本论文开发了简便的葡萄糖小分子自下而上分子自组装技术制备石墨烯薄膜,采用异质元素晶格掺杂调控石墨烯带隙,以盐酸为Cl源制备Cl掺杂型多层石墨烯薄膜,以2、4、6-三胺基嘧啶为N源制备N掺杂型多层石墨烯薄膜,重点从它们的物性表征、带隙变化和由其制备的光电探测器光电响应性能入手分析两种不同掺杂型石墨烯薄膜的掺杂效果、带隙变化和光电响应能力。具体结果如下:1.以盐酸作
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为了推动石墨烯在光电探测领域的应用,本论文开发了简便的葡萄糖小分子自下而上分子自组装技术制备石墨烯薄膜,采用异质元素晶格掺杂调控石墨烯带隙,以盐酸为Cl源制备Cl掺杂型多层石墨烯薄膜,以2、4、6-三胺基嘧啶为N源制备N掺杂型多层石墨烯薄膜,重点从它们的物性表征、带隙变化和由其制备的光电探测器光电响应性能入手分析两种不同掺杂型石墨烯薄膜的掺杂效果、带隙变化和光电响应能力。具体结果如下:1.以盐酸作为Cl源,以葡萄糖为碳源,制备Cl掺杂碳源前驱体后旋涂在石英片基底上,在800℃温度下退火生长制备Cl掺杂多层石墨烯薄膜。通过拉曼,TEM,XPS,傅里叶红外,紫外-可见光吸收光谱表征证实,所制备的石墨烯薄膜是缺陷较多的多层石墨烯薄膜,存在的缺陷打开了一定的石墨烯带隙,盐酸掺杂后通过公式计算得到三个掺杂比例Cl掺杂石墨烯薄膜带隙值在一定范围内发生改变;通过蒸镀叉指电极制备简单的Cl掺杂石墨烯薄膜光电探测器件,测试发现Cl掺杂比例较高的石墨烯薄膜制备得到的光电探测器光电响应能力较好,对C/Cl=3/1掺杂比例的Cl掺杂石墨烯薄膜制备的光电探测器测试表明对紫外光有较高的响应率和探测率。2.以2,4,6-三胺基嘧啶为N源,以葡萄糖为碳源,与Cl掺杂石墨烯体系相同的工艺制备三个不同掺杂比例的N掺杂石墨烯薄膜。通过拉曼,TEM,XPS,傅里叶红外,紫外-可见光吸收光谱表征证实,所制备的N掺杂石墨烯薄膜是缺陷较多的多层石墨烯薄膜;掺杂的N元素有效的结合进了三个不同掺杂比例的N掺杂型石墨烯薄膜的共价键晶格中,带隙在较小的区间内规律性变化,证实通过调控2、4、6-三胺基嘧啶在前驱体中的掺杂比例可以比较有效的控制N掺杂石墨烯薄膜中的N原子含量并相应的调控所制备石墨烯薄膜带隙的大小;以相同的工艺制备基于N掺杂石墨烯薄膜的光电探测器,测试其光电性能,发现较低的N掺杂比例石墨烯薄膜制备得到的光电探测器光电响应性能更好,对C/N=9/1掺杂比例的N掺杂石墨烯薄膜制备的光电探测器测试表明对紫外光有较高的响应率和探测率。
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