准一维纳米半导体与石墨烯研究

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近年来纳米材料正成为科技界关注的热点之一。2004年石墨烯的发现,更进一步推动了人们对纳米材料研究的热潮。作者在博士论文期间,采用化学气相沉积法生长出In2S3和Zn3P2纳米线,并进一步分别通过硫化和氧化的方法制备Zn3P2/ZnS、Zn3P2/ZnO核壳Ⅱ型异质结结构纳米线;采用以化学气相沉积的方法为主的多种方法制备石墨烯,并对石墨烯进行表征、掺杂和应用探索。   1、使用化学气相沉积法生长β相In2S3单晶纳米线,在生长得到的产物中同时观察到In2S3/SiO2核壳结构纳米线和SiO2纳米管。对In2S3纳米线结构分析表明它具有面心立方结构。在其光致发光谱中可以观测到In2S3的681nm带边发光,并未看到缺陷峰。电学表征表明In2S3纳米线的导电类型为n型。   2、采用两步法分别获得了Zn3P2/ZnO和ZnaP2/ZnS核壳异质结构纳米线。高分辨透射电镜表征结果显示核壳之间有清晰的界面,其中Zn3P2核为单晶,ZnO和ZnS壳为多晶。通过对反应前后的纳米线形貌进行对比,以及反应自由能的分析,我们认为壳层物质是由Zn3P2与所通入的气体反应所得。通过能带分析,可以得到Zn3P2/ZnO和Zn3P2/ZnS核壳结构均为Ⅱ型异质结的结论。这两种纳米线在光伏器件方面具有潜在的应用前景。   3、尝试了多种方法制备石墨烯。分别采用光学显微镜、Raman谱仪、透射电镜、霍尔测量等手段对得到石墨烯进行表征。其中,采用优化的化学气相沉积法得到了单层面积接近95%的石墨烯。尝试采用I2溶液浸泡的方法对石墨烯进行掺杂。发现石墨烯的空穴浓度和电阻率随着12溶液浓度的增加而分别增大和减小。讨论了掺杂机制。   4、采用石墨烯为阳极制备有机发光器件。我们采用石墨烯为阳极,以五氧化二钒(V205)对阳极进行修饰,在此基础上研制了磷光有机发光器件。我们认为通过进一步优化石墨烯阳极(例如:表面的平整度、层数及其空穴浓度),器件的发光效率还有很大的提升空间。   5、研究了掺入纳米尺度石墨烯碎片对MEH-PPV薄膜迁移率的影响。这些石墨烯碎片采用直流电弧法得到。发现MEH-PPV薄膜的迁移率随着石墨烯碎片掺杂浓度的提高而增加。当掺杂浓度为2.5%(石墨烯与MEH-PPV的质量比)时,电子和空穴迁移率分别提高了12.6倍和7.8倍。实验还发现,掺杂浓度存在一个上限,为2.8%。超过该上限时,石墨烯碎片将会相互连接而造成短路。   6、研究了石墨烯对薄膜硅晶化的辅助作用。在其它条件一致的情况下,沉积在石墨烯表面的薄膜硅的晶化温度要比沉积在石英表面的薄膜硅的晶化温度低约150℃。我们的结果为硅.碳联合基集成提供了一些有意义的信息。
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