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作为第一种稳定存在的二维晶体,自2004年人们从实验上发现石墨烯以来,石墨烯基纳米材料在固体物理学、材料科学以及纳米电子学等学科领域引起了人们极大的兴趣。石墨烯是由单层碳原子排列组合而成,呈六边形网状结构,只有一个碳原子的厚度,是已知的世界上最薄的二维材料。石墨烯独特的网络结构,使其在电学、力学和光学等方面显示出了独特的性质,在超级电容器、燃料电池、光电器件以及场发射等领域有很广泛的应用前景。石墨烯具有独特的电学性质、良好的稳定性、高的长径比、大的比表面积和尖锐的边缘,使其成为良好的场发射材料。石墨烯的制备方法主要有化学气相沉积法、机械剥离法和氧化石墨还原法等。但这些方法制备的石墨烯表面比较平整,限制了石墨烯的场发射性能,而等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)可制备垂直于基底生长的石墨烯,其表面具有很多尖锐的边缘,从而有助于石墨烯场发射性能的提高。氧化锌是宽带隙(3.37eV)半导体,具有较大的激子结合能(60meV),其一维纳米结构,如纳米线、纳米棒等比表面积比较大,热化学稳定性好,顶端比较尖锐,使其成为场发射领域的一种良好候选材料。为了获得具有更好场发射性能的材料,可以将石墨烯与氧化锌进行复合。基于以上研究分析,为了提高石墨烯和氧化锌的场发射性能,本论文主要采用PECVD法在Si(100)基片上制备垂直于基片生长的石墨烯,然后分别采用水热法和磁控溅射法在石墨烯上生长纳米氧化锌,以此获得场发射性能优异的石墨烯/氧化锌复合材料。论文研究了实验参数对石墨烯/氧化锌复合材料的场发射性能的影响,主要研究内容和结论如下:1.利用PECVD法在S(i100)生长石墨烯纳米片,生长时间分别为20min、30min、40min,得到的石墨烯纳米片垂直于Si基底生长,其中30min的石墨烯有尖锐的边缘,开启电场最低,为4.94V/μm,场增强因子最大,β为2774。2.采用水热法在生长时间为30min的石墨烯上生长纳米氧化锌,通过调整反应物浓度、生长时间和反应温度来制备不同的石墨烯/氧化锌复合材料,结果表明反应物浓度为5mM、生长时间为4h、反应温度为95℃时制备的石墨烯/氧化锌复合材料具有最优异的场发射性能,氧化锌在石墨烯上形成孔状的连续分布的纳米薄片,表面不平整,边缘比较薄,该复合材料的开启电场为1.24V/μm,低于单纯的石墨烯的开启电场,说明该复合材料的场发射性能较石墨烯有很大提高。3.采用磁控溅射法在生长时间为30min的石墨烯上生长纳米氧化锌,通过控制沉积时间、溅射功率、溅射压强和氩气氧气流量比来制备不同的石墨烯/氧化锌复合材料。结果表明,沉积时间为20min、溅射功率为150W、溅射压强为2.5Pa、氩气氧气流量比为3:1时制备的石墨烯/氧化锌复合材料具有最好的场发射性能,氧化锌纳米颗粒在石墨烯上团聚,形成球岛状,表面较粗糙,其开启电场为5.15V/μm,场增强因子β为3441,该复合材料的开启电场高于石墨烯的开启电场,而相同条件下,在S(i100)基片上生长的氧化锌由于设备所限,没有测试到场发射电流,说明氧化锌的开启电场高于9.1V/μm,因此,此种方法制备的石墨烯/氧化锌复合材料的场发射性能比氧化锌有所提高。