光辐照下石墨烯透明薄膜导电稳定性研究

摘要

石墨烯是一种高透光性，强导电性的新型二维材料，可作为透明导电膜用于显示屏领域或者光伏产业。作为透明导电膜，石墨烯将长期工作在光辐照下，而最新研究表明不同环境下的光照实验对石墨烯导电性能有一定影响。因此，了解石墨烯在光照下的导电稳定性就至关重要，是决定其能否用于透明导电膜的重要指标。 本文针对石墨烯透明薄膜导电稳定性进行研究，从石墨烯样品参数、辐照光源参数、气氛环境参数出发，探究其导电性能的变化规律以及引起变化的主要机理。论文工作内容包括： ①采用化学气相沉积法制备石墨烯，并将其转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）以及SiO2基底上。对完成转移的石墨烯样品进行图形化处理，并对其进行表征。根据测量参数条件，设计并搭建光照下石墨烯导电性能测试系统。 ②针对工作波长在可见光范围内的石墨烯透明导电膜，在光辐照下，其导电稳定性实验结果表明：1) PET基底未掺杂样品比SiO2基底未掺杂样品稳定；2)氯化金掺杂能够提升PET基底样品与SiO2基底样品的稳定性；3)蓝光辐照对SiO2基底未掺杂样品导电性能影响最大，红光最小；4)随着样品受照面光功率密度的增加， SiO2基底未掺杂样品稳定性变差；5) SiO2基底未掺杂样品在氮气环境下稳定性最好，真空中最差。 ③针对工作波长在近红外范围的石墨烯透明导电膜，在光照下，其导电稳定性结果表明：1)红外辐照下石墨烯样品较为稳定，仅有 PET 基底掺杂样品表现出了与可见光辐照下相似的规律；2)对于 SiO2基底未掺杂样品，随着样品受照面光功率密度的增加，其稳定性变化较小；3)不同气氛环境下， SiO2基底未掺杂样品稳定性并无较大差异。 ④通过对系列实验数据分析表明光致吸附作用是导致石墨烯导电性能变化的主要作用机理。即石墨烯与周围的气体分子或者微粒进行相互作用，导致其内部载流子浓度发生改变，从而改变其导电性能。因此在不同参数影响下，石墨烯导电稳定性的差异主要源于其自身与外界环境的相互作用强度不同。 上述工作表明：近红外波段下工作的石墨烯具有较好的光照稳定性，而在可见光范围，掺杂有助于提高其稳定性。论文研究可为改善石墨烯导电稳定性提供理论支持，为后续石墨烯透明导电膜有效应用提供参考。

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