二维材料的制备及其光学与传热学性能调制研究

摘要

石墨烯、二硫化钨（钼）等二维材料展现出了优异的物理，化学性质，并有望在计算机、储能元件、海水净化、节能发光等各个领域有广泛的应用前景。与传统材料相比，人们对于二维材料的研究还不够深入，主要体现在:目前大规模单晶二维材料的生长、转移、表征依旧还是世界性研究的热点;除此之外，二维材料的光、电、热等性能的有效调制也是目前微器件领域工作者们希望努力攻克的难题。针对二维材料研究的关键问题和前沿技术，本文围绕二维材料的制备以及表征，结合化学气相沉积技术和微区拉曼光谱技术等手段，着重从二维材料化学气相沉积制备、热输运性质表征及调制，非弹性光学散射表征及调制，以及相关二维材料异质结的制备、表征及调制等方面展开全面的研究，通过一系列实验研究获得了一些进展。本文的主要研究结果包含以下几个方面:
　　采用化学气相沉积法制备获得了大面积单晶石墨烯以及单晶硫化物，并对结构进行了表征。研究了石墨烯声子寿命与金属离子的关系以及石墨烯拉曼散射强度共振与吸附层的生长扭转角的关系并对机理进行了分析。
　　进行了非接触式材料热导率测试台的搭建，利用冷等离子体对于石墨烯进行了调制首次测定了石墨烯的热导率对于缺陷浓度的响应速度。结合分子动力学，对石墨烯的热导率响应于缺陷浓度的机制进行了研究。
　　进行了有效的二维硫化物薄膜材料的非弹性散射光学性质调控。使用了金颗粒对于二硫化钨的拉曼散射进行了调制，激发出原本不能被激发出的非弹性散射光并首次提出激发出的非弹性散射光响应于电子自旋轨道劈裂的理论。通过调节施加的激发激光强度实现了二硫化钨的光致发光强度以及发光波长的有效控制。通过施加外部机械应力实现了对二维材料石墨烯及其复合结构的荧光淬灭强度的有效调控。
　　研发了一种可以精确定位的二维材料异质结转移方法，该转移方法可以制备界面间无污染的异质结。还研究了制备的二维材料异质结的非弹性散射光学性质调控并使用了石墨烯对于二硫化钨的拉曼散射进行了调制，在实验学上首次观测到了真正意义上的石墨烯导致的二维材料拉曼增强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 二维材料的性质特征

1．2 二维材料制备方法研究现状

1．3 二维材料的光学及热学性能调制研究现状简介

1．4 本论文框架及主要内容

参考文献

第二章 二维材料生长及表征系统

2．1 化学气相沉积生长系统

2．2 表征系统简介

参考文献

第三章 二维材料的化学气相沉积制备与拉曼表征

3．1 超大面积单层石墨稀的化学气相沉积制各与表征

3．2 转移溶液对石墨烯拉曼散射的影响研究

3．3 石墨烯附加层生长角度的共振拉曼研究

3．4 大面积单层过渡族金属硫化物的化学气相沉积生长

参考文献

第四章 二维材料的热输运性质调控研究

4．1 基于拉曼散射的非接触式测量材料热导率的方法

4．2 基于拉曼响应的sp3型缺陷调控及其对于石墨烯热导率的调制

4．3 空穴缺陷的自修复趋势及其对热导率的影响研究

4．4 基于光学反射响应的瞬态热反射系统

4．5 基于拉曼响应的sp3型缺陷调控及其对于界面热导的调制

参考文献

第五章 二维材料光学散射调控研究

5．1 等离激元-声子耦合对于拉曼散射的影响

5．2 光掺杂对于光致发光的影响

5．3 机械应力施加对于拉曼散射及荧光背景强度的影响

参考文献

第六章 二维材料异质结的制备及光学调控研究

6．1 可精确定位的二维材料异质结转移方法

6．2 异质结中基于石墨烯的拉曼散射增强效应观测

参考文献

第七章 总结与展望

致谢

博士期间发表的论文和成果