低溫氧等離子體處理對單層石墨烯斷裂韌性和粘附特性的影響研究.pdf

1、單層石墨烯是一種完全由碳原子組成的零帶隙二維晶體材料，具有優(yōu)越的機(jī)械性能、高比表面積和超高的電子遷移率等優(yōu)異性質(zhì)，在超級電容器、柔性顯示屏、防腐蝕材料和散熱材料等領(lǐng)域具有較大的發(fā)展空間。自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，已有很多關(guān)于低溫氧等離子體處理對石墨烯改性的研究，然而很少有研究低溫氧等離子體處理后石墨烯的粘附力與斷裂韌性的報道。而在石墨烯的應(yīng)用中，粘附力和斷裂韌性對石墨烯基器件都有著不可忽視的作用。本文詳細(xì)介紹了石墨烯的基本性質(zhì)、應(yīng)用和制備方法

2、。通過光學(xué)顯微鏡、X射線光電子能譜儀（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）、拉曼（Raman）光譜儀和原子力顯微鏡（Atomic force microscope，AFM）研究了低溫氧等離子體處理對單層石墨烯斷裂韌性和粘附力的影響。
　　采用化學(xué)氣相沉積法制備單層石墨烯，并將其轉(zhuǎn)移至氧化層厚度為90 nm的SiO2/Si基底上。運(yùn)用XPS、Raman和AFM表征了低溫氧等離子體處理前后的樣品。

3、在樣品的XPS圖譜中，發(fā)現(xiàn)低溫氧等離子體處理向石墨烯中引入了較多的C-OH和C=O官能團(tuán)。在樣品Raman光譜中，低溫氧等離子體處理后，出現(xiàn)了明顯的D峰和D′峰，并且其強(qiáng)度和ID/IG的值與處理時間成正比；同時，隨著處理時間的增加，G峰向高波數(shù)移動，2D峰向低波數(shù)移動，并且2D峰的強(qiáng)度減弱，半高寬也越來越大。根據(jù)拉曼光譜的變化發(fā)現(xiàn)，低溫氧等離子體處理向石墨烯中引入了n型摻雜和較多的缺陷，且隨著處理時間的增加，缺陷密度增加，晶粒細(xì)化，無序

4、度增加；同時，低溫氧等鋰離子處理還向石墨烯中引入了拉應(yīng)變，且隨著處理時間的增加，拉應(yīng)變變大。對低溫氧等離子體處理前后石墨烯微觀結(jié)構(gòu)的研究將為后續(xù)實驗的結(jié)果提供理論支撐。
　　在樣品的AFM圖中，隨著低溫氧等離子體處理時間的增加，樣品表面的粗糙度和粘附力越來越大，且其變化與上述C-OH官能團(tuán)的變化一致；同時，樣品的斷裂韌性越來越小。經(jīng)過理論分析，C-OH官能團(tuán)的增加使原本具有憎水性的樣品親水性越來越強(qiáng)，從而使得低溫氧等離子體處理后的