柔性衬底上氧化锌-石墨烯复合薄膜的制备及性能研究

摘要

氧化锌（ZnO）属于Ⅱ-Ⅵ族化合物，是一种直接带隙宽禁带半导体材料，具有良好的光学和光电性能。新型碳材料石墨烯属于半导体材料，具有独特二维结构，其禁带宽度为零。石墨烯的电学、光学和力学等特性非常优异。将ZnO和石墨烯结合在一起，综合利用两者优点发挥协同作用，制备出具有崭新功能的材料。
　　本文用水热法在柔性衬底PET上制备了ZnO薄膜。采用单一变量法，改变水热条件（如生长液浓度、温度和生长时间）来制备ZnO薄膜，通过XRD、SEM和PL等检测手段对ZnO薄膜的结构、形貌和性能进行分析，并优化最佳反应条件。由实验结果可知：当生长时间为3 h，生长液浓度0.03 mol/L，反应温度为90℃时得到ZnO纳米棒阵列薄膜，薄膜结晶性好，400～800 nm范围内平均透过率大于90％。本论文采用浸渍提拉法在PET衬底上沉积氧化石墨烯薄膜，HI酸溶液为还原剂制备得到石墨烯薄膜。结果表明：制备的石墨烯薄膜透过率为85.95%，方阻15.2 kΩ/sq。
　　本论文采用水热法成功制备了ZnO-石墨烯复合薄膜。在无种子层的情况下，直接水热法成功制备了花状氧化锌-石墨烯复合薄膜。结果表明，复合薄膜中的花状ZnO主要沿（100）面生长。与纯ZnO薄膜相比，花状氧化锌-石墨烯复合薄膜的紫外发光显著增强，这是由ZnO的光致发光光子和石墨烯表面等离子体之间的耦合作用引起的；在有种子层的情况下，水热法制备了氧化锌纳米棒阵列-石墨烯复合薄膜。分析结果表明，种子层的存在使ZnO纳米棒沿c轴择优取向生长。与纯ZnO薄膜相比，氧化锌纳米棒阵列-石墨烯复合薄膜的荧光强度降低，这是由于石墨烯的电子迁移率大，可快速转移ZnO中光生电子，抑制ZnO中光生电子-空穴对的再复合。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 氧化锌

1.3 石墨烯

1.4 氧化锌-石墨烯复合物的应用

1.5 本课题的研究内容

第2章 实验方法

2.1 实验药品和仪器

2.2 实验流程

2.3 表征方法

2.4 电化学测试

第3章 柔性衬底上氧化锌薄膜的制备及性能研究

3.1 生长液浓度对氧化锌薄膜的影响

3.2 反应温度对氧化锌薄膜的影响

3.3 生长时间对氧化锌薄膜的影响

3.4 本章小结

第4章 柔性衬底上石墨烯薄膜的研究

4.1 氧化石墨烯的表征

4.2 氧化石墨烯膜和石墨烯膜的表征

4.3 还原时间、还原温度和沉积层数对石墨烯膜的影响

4.4 本章小结

第5章 氧化锌-石墨烯复合膜的制备及性能研究

5.1 花状氧化锌-石墨烯复合膜的制备及性能的研究

5.2 氧化锌纳米棒阵列-石墨烯复合膜的制备及性能的研究

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢