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随着电子设备趋近小型化、结构更加紧凑,二维尺度的石墨烯(Graphene)、石墨烯(Graphene)基复合薄膜材料和氧化锌(ZnO)基复合薄膜材料是制备小型、微型、超微型器件非常有效的新型功能材料。尤其是ZnO/Graphene纳米复合材料在紫外光电探测器、场效应晶体管、光电器件和染料敏化太阳能电池、场发射阴极等领域展现出了优良的性能,具有非常广阔的应用前景。基于此,我们在铜衬底上使用化学气相沉积法(CVD)直接生长Graphene薄膜,再使用磁控溅射法继续生长ZnO薄膜,制备出将Graphene作为ZnO与衬底材料之间的缓冲层材料为目标的纳米复合材料,并开展了光学性能的研究。随后,以此为基础,使用水(溶剂)热法在ZnO/Graphene复合薄膜上进一步生长ZnO/Graphene纳米棒阵列,进行了场发射性能的研究。最后,在此基础上,进行金属离子掺杂,开展了进一步提高复合材料的场发射性能的研究。各阶段样品根据实际情况,分别使用Raman、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)和透射电子显微镜(TEM)进行了测试和表征。主要研究内容如下:(1)化学气相沉积法(CVD)制备Graphene薄膜:以铜片(Cu)作为催化衬底,使用CVD法,进行正交实验。经过对得到的Graphene薄膜样品Raman测试结果进行极差分析后,改进制备工艺。在CH4流量:10 sccm,CH4和H2的流量比:1/10,温度:1000 ℃,通气时间:5 min的参数条件下,可控制备出大面积、高结晶质量、低缺陷密度的少层Graphene薄膜(第三章)。(2)磁控溅射法制备ZnO和ZnO/Graphene复合薄膜:采用磁控溅射法以相同工艺分别在Cu衬底及沉积有Graphene作为缓冲层的Cu衬底上制备ZnO/Graphene复合薄膜,进行单因素实验。通过对结构、形貌、沉积速率、沉积机理和化学成键的结果表征、对比、分析后,证明了用Graphene作为缓冲层可以有效提高ZnO薄膜结晶质量。并在衬底温度:30℃,功率:350W,工作气压:6.5Pa,Ar和O2流量比:40/10sccm,退火温度:500 ℃的工艺条件下,可控制备出结晶质量相对较好的ZnO/Graphene复合薄膜(第四章)。(3)水热法制备ZnO/Graphene纳米棒阵列及光电性能:在ZnO/Graphene复合薄膜上采用水热法,进行单因素实验。通过结构、形貌、光电性能的结果表征、分析后,在反应温度:10(0℃,OH-和Zn2+浓度比:22,Zn2+浓度:0.02mol/L,反应时间为:180 min的参数条件下,可控制备出结晶质量优良的ZnO/Graphene纳米棒阵列。并根据XPS表征分析,研究其生长机理,进一步确定了在有Graphene作为缓冲层的情况下,ZnO/Graphene纳米棒阵列的场发射性能得到提高,开启电场:1.93 V/μm,场增强因子:9540(第五章)。(4)掺杂的ZnO/Graphene纳米棒阵列及光电性能:分别选取Al、Cu、Ba等金属元素,并按照0%、2%、4%、6%、8%的浓度对ZnO/Graphene纳米棒阵列进行掺杂。通过对掺杂后的ZnO/Graphene纳米棒阵列进行XRD、EDS、SEM、XPS、PL测试和表征,最终分析了 Al:6%、Cu:4%、Ba:2%掺杂的ZnO/Graphene纳米棒阵列的场发射性能。当掺杂浓度为Al:6%时,开启电场:1.51 V/μm,场增强因子:11264;Cu:4%时,开启电场:1.80V/μm,场增强因子:10076;Ba:2%时,开启电场:2.68V/μm,场增强因子:6973,且掺杂Al:6%时的场发射性能优于掺杂Cu、Ba的样品(第六章)。