石墨烯和二硫化鉬的CVD法制備及其光學性能的研究.pdf

1、二維材料是一類新興的納米材料，由于其獨特的結構和優(yōu)異的性能引起了科學界的廣泛關注。二維材料被認為在高頻電學器件、透明電極、儲能、生物醫(yī)藥以及復合材料等領域有巨大的應用潛力。而二維材料的大規(guī)模應用離不開大面積、高質量的可控制備。
　　本論文主要圍繞大尺寸、單晶石墨烯和二硫化鉬的可控制備這一問題，以化學氣相沉積法為手段，制備了石墨烯、二硫化鉬以及二硫化鉬/石墨烯異質結。系統(tǒng)研究了制備過程中，生長工藝以及生長參數(shù)對二維材料尺寸、層厚和結

2、晶質量的影響，以及石墨烯的硫化、MoS2/石墨烯異質結的光致發(fā)光性能，并提出了利用光學顯微鏡得到的對比度數(shù)據(jù)得知二維材料的尺寸、層數(shù)等信息的方法。具體研究內容如下:
　　(1)研究了CVD法制備石墨烯過程中，生長工藝以及生長參數(shù)對所制備的石墨烯尺寸及厚度的影響，對所得的石墨烯樣品進行了形貌及物性表征。探究了CVD制備的生長工藝和生長參數(shù):襯底的清洗、退火和溫度;氣源濃度對石墨烯生長的影響，包括甲烷和氫氣的濃度。實驗發(fā)現(xiàn)氣源濃度對石

3、墨烯的層厚影響較為關鍵，通過調控生長參數(shù)，在銅箔表面得到了面積較大的雙層石墨烯，并對其生長機理進行了分析和解釋。
　　(2)研究了CVD法制備單層MoS2以及MoS2/石墨烯異質結。研究了生長溫度、生長時間以及反應源的濃度對單層MoS2生長的影響，得到了單晶尺寸在40μm以上的單層MoS2薄膜。在石墨烯表面采用CVD法生長出了MoS2/石墨烯異質結，通過各種表征手段分析了二硫化鉬在石墨烯表面的生長模式、表面形貌、層厚等。研究了石墨

4、烯受到硫化對其晶格結構以及缺陷的影響。實驗還發(fā)現(xiàn)石墨烯可以改變二硫化鉬的能帶結構，同時對二硫化鉬的光致發(fā)光具有猝滅作用。
　　(3)根據(jù)菲涅爾原理，采用光學薄膜等效的方法，計算了二維材料樣品在不同厚度的二氧化硅/硅襯底上，不同的入射光下，其相對于襯底的對比度變化。并利用CVD制備的MoS2和MoS2/石墨烯異質結對計算結果進行了驗證。根據(jù)計算結果，我們可以在不需要使用原子力顯微鏡和拉曼光譜儀的情況下，采用光學顯微鏡精確的表征二維材