石墨烯電極制備及其器件應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯是碳原子以sp2雜化軌道按蜂窩狀晶格排列形成的二維單原子層結(jié)構(gòu)晶體，石墨烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)以及眾多優(yōu)異性質(zhì)使其在許多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文主要研究了化學(xué)氣相沉積法制備的石墨烯薄膜性能，先將石墨烯薄膜與光電子器件結(jié)合制備了相關(guān)器件，再以場(chǎng)發(fā)射理論為基礎(chǔ)，研究了石墨烯薄膜的場(chǎng)發(fā)射性能，并提出了提高場(chǎng)發(fā)射性能的方法。本論文主要工作分為以下三個(gè)部分：
　　首先，利用化學(xué)氣相沉積法制備了石墨烯薄膜，之后結(jié)合轉(zhuǎn)移技術(shù)，將石墨烯薄膜應(yīng)用

2、到光電子器件（有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)太陽(yáng)能電池）中。通過(guò)改變轉(zhuǎn)移次數(shù)，控制石墨烯薄膜的厚度，研究了石墨烯薄膜厚度對(duì)光電子器件性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石墨烯薄膜厚度對(duì)光電子器件性能的影響是較為明顯的，這主要是由于隨著石墨烯薄膜厚度的增加，石墨烯薄膜的面電阻與透過(guò)率隨之發(fā)生變化，這些參數(shù)的調(diào)控對(duì)光電子器件性能有較為直接的影響。
　　然后，從化學(xué)氣相沉積法的制備工藝參數(shù)出發(fā)，研究了制備工藝參數(shù)對(duì)石墨烯薄膜場(chǎng)發(fā)射性能的影

3、響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明沉積時(shí)間對(duì)于場(chǎng)發(fā)射性能的影響較為明顯，沉積時(shí)間為5 min的石墨烯表現(xiàn)出最優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能，其開(kāi)啟電場(chǎng)為9.8 V/μm，閾值電場(chǎng)為13 V/μm。其原因在于沉積時(shí)間不充足無(wú)法生長(zhǎng)成連續(xù)的石墨烯薄膜，制備的樣品包含許多“石墨烯島”邊緣發(fā)射區(qū)域，即場(chǎng)發(fā)射點(diǎn)的增加導(dǎo)致了場(chǎng)發(fā)射性能的提高。
　　最后，介紹了提高石墨烯薄膜場(chǎng)發(fā)射性能的方法。一是通過(guò)對(duì)石墨烯薄膜的銅箔襯底進(jìn)行激光刻蝕處理，提高了其場(chǎng)發(fā)射性能。利用激光對(duì)銅箔表

4、面以掃描的方式進(jìn)行刻蝕處理，之后在此銅箔上生長(zhǎng)石墨烯薄膜。通過(guò)這種方法制備的石墨烯薄膜場(chǎng)發(fā)射性能得到了一定的提高，沉積時(shí)間5 min的石墨烯薄膜開(kāi)啟電場(chǎng)從9.8 V/μm減小到8.8 V/μm，閾值電場(chǎng)從13 V/μm減小到12.2 V/μm，場(chǎng)增強(qiáng)因子也從原來(lái)的640增加到了1757。二是改變場(chǎng)發(fā)射方式，即研究了石墨烯薄膜的邊緣場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試。利用銅箔襯底柔性特點(diǎn)，將制備的石墨烯卷曲成圓柱體形狀，并對(duì)其進(jìn)行了場(chǎng)發(fā)射測(cè)試。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)其