石墨烯及其氧化物的表面微观可控组装

摘要

石墨烯因其优异的导电性、特殊的量子特性及独特的机械性质等而得到了广泛的研究和应用。氧化石墨烯(GO)是一种具有准二维层状结构的纳米材料，其表面带有羧基等丰富的含氧官能团，在水等溶剂中具有良好的分散性，这为化学修饰等实验研究工作带来了极大的便利。控制GO的还原程度，可实现对石墨烯/氧化石墨烯导电性质的调节，使其可能成为制备纳米电子器件等的新的基础材料。本论文主要围绕氧化石墨烯与微结构图案化而展开，对基于石墨烯材料的纳米电子器件的制备做基础性的探索研究。
　　本文第一章主要介绍了石墨烯及氧化石墨烯的发现、制备方法、表征手段及应用领域，同时对自组装技术及几种表面微/纳米图案化方法做了简单介绍。
　　第二章从制备氧化石墨烯出发，首先用Hummers方法制备氧化石墨，然后超声处理得到单层氧化石墨烯，并用原子力显微镜对制备的氧化石墨烯进行表征。同时测试了硅、金等基底表面上修饰不同分子对GO的吸附能力，并探索了GO浓度、吸附时间等对GO吸附情况的影响，为后续实验做铺垫和准备。
　　第三章在硅、金基底上分别选择不同的实验方法制备微/纳米级的图案。在硅表面上，选用1-十八烯、（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷(APTES)等分子自组装单层膜，然后采用紫外光照法制备约7μm的微图案结构;在金基底表面选用16-氨基-1-十六烷硫醇(AHT)分子采用微接触印刷制备2μm和7μm的微图案。两种实验方法都是可行的，可以得到较大范围（厘米级）的有序微米阵列。
　　第四章首先对GO在不同基底表面的还原方法和条件进行了探索，然后利用静电作用将GO吸附在表面经化学修饰的局部区域上，获得GO的规则微/纳米级图案，并通过化学还原的手段得到石墨烯，制备出石墨烯的微/纳米级图案和有序结构，实现对石墨烯及其氧化物的微观可控组装。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 石墨烯及其氧化物概述

1．1．1 石墨烯简介

1．1．2 氧化石墨结构性质与制备

1．2 表面微／纳米图案化技术

1．2．1 自组装膜技术

1．2．2 制备微／纳米图案化方法

1．3 本文的研究内容及创新点

2 氧化石墨烯的制备与基底选择

2．1 试剂材料和仪器

2．2 氧化石墨烯的制备与麦征

2．2．1 GO的制备

2．2．2 GO表征

2．3 基底的选择

2．3．1 GO在金基底的吸附与表征

2．3．2 GO在硅基底的吸附与表征

2．3．3 结果与讨论

2．4 本章小结

3 表面微图案的制备研究

3．1 试剂材料和仪器

3．2 实验部分

3．2．1 硅表面微图案化-紫外光照法

3．2．2 金表面的微图案化技术瑚定接触印刷

3．3 样品表征

3．3．1 硅表面的微图案表征

3．3．2 金表面的微图案表征

3．3．3 实验结果与讨论

3．4 纳米尺寸的多针尖模板的探索研究

3．4．1 实验方法

3．4．2 AFM表征

3．4．3 实验结果讨论

3．5 实验中遇到的问题及解决方案

3．6 本章小结

4 GO／G的表面可控组装

4．1 GO的表面还原

4．1．1 硅基底表面GO还原

4．1．2 在金基底表面GO还原

4．1．3 结果与讨论

4．2 GO的表面可控组装及还原

4．2．1 GO的表面可控组装

4．2．2 微图案化表面的GO还原

4．2．3 结果与讨论

4．3 GO的再吸附

4．3．1 实验方法

4．3．2 结果与讨论

4．4 本章小结

5 实验总结与展望

参考文献

致谢

研究生期间发表论文及成果

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