石墨烯與氧化鋅復(fù)合材料的光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、可延展柔性無機(jī)器件近年來成為新型信息器件的研究熱點(diǎn)，在柔性襯底上實(shí)現(xiàn)不同功能器件的集成可以使傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件具備可彎曲和可延展特性。柔性傳感器作為可延展柔性無機(jī)器件的重要功能單元已成為發(fā)展柔性器件的關(guān)鍵技術(shù)，因此制備高性能的柔性無機(jī)傳感器有利于推動(dòng)柔性無機(jī)器件在醫(yī)療、健康、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的發(fā)展。特別是基于碳納米管和石墨烯等低維納米碳材料的柔性傳感器，既能夠?qū)崿F(xiàn)柔性，又具備低維納米碳材料良好的力學(xué)性能和電學(xué)性能。因此本論文基于低維納米碳材料

2、設(shè)計(jì)和制備了光電傳感器件，對(duì)器件性能進(jìn)行了測(cè)試和分析，并利用氧化鋅納米顆粒的表面修飾等手段對(duì)器件的光電性能進(jìn)行了調(diào)制。
　　首先，在實(shí)現(xiàn)了碳納米管的化學(xué)氣相沉積法陣列化生長(zhǎng)和碳納米管分散溶液制備的基礎(chǔ)上，通過旋涂碳納米管分散液的方式實(shí)現(xiàn)了碳納米管與聚二甲基硅氧烷（PDMS）柔性基底的集成。進(jìn)一步通過在集成了碳納米管的PDMS基底上旋涂氧化鋅納米顆粒分散液實(shí)現(xiàn)了碳納米管與氧化鋅納米顆粒的復(fù)合。器件的導(dǎo)電性測(cè)試表明復(fù)合后的功能層不具有

3、良好的導(dǎo)電性。通過對(duì)復(fù)合材料表面形貌的表征和分析，觀察到由于PDMS基底的疏水特性，碳納米管會(huì)在基底上產(chǎn)生團(tuán)聚，破壞了導(dǎo)電性。
　　鑒于石墨烯所具有的大比表面積等表面特性，本文在第二部分的工作中利用石墨烯來克服PDMS基底疏水性導(dǎo)致的納米碳材料團(tuán)聚的問題。在通過將石墨烯分散液旋涂至PDMS基底，實(shí)現(xiàn)PDMS基底上形成均勻石墨烯層的基礎(chǔ)上，通過氧化鋅納米顆粒修飾的方法提高了材料的光響應(yīng)特性，避免了由石墨烯特殊的零帶隙能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的光

4、響應(yīng)不強(qiáng)的問題。最終利用納米氧化鋅修飾的石墨烯/PDMS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并制備了柔性光電傳感器。對(duì)納米氧化鋅、石墨烯、納米氧化鋅/石墨烯復(fù)合材料三種材料從可見光波長(zhǎng)部分（532nm）至紅外光波長(zhǎng)部分（980nm）的光照響應(yīng)測(cè)試結(jié)果表明，納米氧化鋅/石墨烯復(fù)合材料的光響應(yīng)特性在532nm至980nm光波長(zhǎng)范圍內(nèi)相對(duì)于單獨(dú)的納米氧化鋅與石墨烯均有明顯的響應(yīng)幅度提升，其響應(yīng)幅度為單獨(dú)石墨烯的50倍以上。測(cè)試結(jié)果證明了納米氧化鋅與石墨烯之間的相互作用在

5、提升復(fù)合材料光響應(yīng)性能上起著非常重要的作用。進(jìn)一步地，對(duì)納米氧化鋅修飾的石墨烯/PDMS結(jié)構(gòu)構(gòu)成的光電傳感器的光電響應(yīng)性能測(cè)試表明，光的波長(zhǎng)和功率對(duì)傳感器的響應(yīng)幅度有著明顯的影響。結(jié)合納米氧化鋅/石墨烯復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)以及光吸收特性，對(duì)器件的光響應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了分析和討論，得出石墨烯與納米氧化鋅之間的表面效應(yīng)在器件的光電響應(yīng)中扮演著非常重要的角色。這部分工作表明，基于納米氧化鋅/石墨烯復(fù)合材料的光電傳感器是一種具有良好性能，同時(shí)制備成本低