六方氮化硼和石墨的剝離、改性及性能.pdf

1、納米科學(xué)技術(shù)作為當(dāng)代高科技和新興學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防實(shí)力、科技發(fā)展乃至整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的影響。無機(jī)納米材料獨(dú)特的幾何形態(tài)和物理化學(xué)性質(zhì)從根本上決定了其在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。同時(shí)，在納米材料基礎(chǔ)上的摻雜、復(fù)合改性更是擴(kuò)大了納米材料在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的研究。六方氮化硼(h-BN)和石墨烯(G)是兩種結(jié)構(gòu)類似的無機(jī)納米層狀材料，二者獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征使得它們在光電領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。透射電子顯微鏡-掃描隧道顯微鏡(TEM-

2、STM)原位電學(xué)性能測量系統(tǒng)是一種集現(xiàn)代電子顯微技術(shù)、微納米加工技術(shù)、器件物理于一體的原位電學(xué)性能測試方法。本文選擇六方氮化硼和石墨兩種無機(jī)納米材料為研究對象，通過一種改進(jìn)的液相超聲剝離法對塊體六方氮化硼和石墨進(jìn)行剝離，制備出少層六方氮化硼納米片和石墨烯，并對產(chǎn)物的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析。在此基礎(chǔ)上，對六方氮化硼和石墨烯納米材料進(jìn)行摻雜、復(fù)合改性，提出了少層六方氮化硼納米片的氟摻雜、六方氮化硼復(fù)合材料(六方氮化硼@鉬酸鎳(BN@NiMo

3、O4))和石墨烯復(fù)合材料(石墨烯@氧化錳(G@MnO2)、還原氧化石墨烯@硫化銀(rGO@Ag2S)和還原氧化石墨烯@硫化銅(rGO@Cu7S4))的制備。最后對上述幾種材料的性能進(jìn)行測試分析，TEM-STM原位電學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)氟摻雜的六方氮化硼納米片和石墨烯具有一個(gè)良好的電學(xué)性能，進(jìn)一步肯定了這兩種材料在電子器件領(lǐng)域可觀的應(yīng)用前景。同時(shí)BN@NiMoO4復(fù)合材料具有優(yōu)異的光學(xué)性能，擴(kuò)展了六方氮化硼作為一種新型光電功能材料在光學(xué)器件領(lǐng)域

4、的發(fā)展。本文主要包括以下研究成果:
　　 1.通過改進(jìn)的液相超聲剝離法將塊體六方氮化硼粉末剝離成少層六方氮化硼納米片，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)中的影響因素，找到最佳的實(shí)驗(yàn)方案。然后通過特定的表征手段對少層六方氮化硼納米片的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析。最后的光學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)少層六方氮化硼納米片具有一定的熒光發(fā)光特性。
　　 2.首次利用化學(xué)溶劑法對少層六方氮化硼納米片進(jìn)行氟元素?fù)诫s改性，在不同的摻雜對比實(shí)驗(yàn)后找到一種最合理的實(shí)驗(yàn)方案。通過X光電

5、子能譜(XPS)和能量色散X射線譜(EDX)兩種元素分析方法對氟元素進(jìn)行檢測。使用TEM-STM原位電學(xué)性能測量系統(tǒng)測試不同六方氮化硼納米材料的電學(xué)性能，結(jié)果表明塊體六方氮化硼粉末顯示絕緣特性，少層六方氮化硼納米片的導(dǎo)電性能在此基礎(chǔ)上有所提高，值得注意的是氟摻雜的六方氮化硼納米片具有良好的半導(dǎo)體性能，這主要是由于六方氮化硼材料的帶隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起的。六方氮化硼材料這一顯著的導(dǎo)電性能的變化肯定了它作為一種新型功能材料在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)

6、用。最后，文中通過高溫固相燒結(jié)法制備了BN@NiMoO4復(fù)合材料，測試發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合材料具有優(yōu)異的發(fā)光性能，為六方氮化硼納米材料在光學(xué)器件領(lǐng)域的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 3.實(shí)現(xiàn)了石墨到石墨烯的液相超聲剝離法制備，TEM-STM原位電學(xué)性能測試證明了石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。在石墨烯成功制備的基礎(chǔ)上，通過不同的方法制備了三種石墨烯復(fù)合材料:(1)采用“納米晶種導(dǎo)向”的水熱法得到了G@MnO2復(fù)合材料;(2)通過熱解法和水熱法制備