石墨烯的制备以及在场发射性能

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1、石墨烯的制备以及在场发射性能钱敏,冯涛
,孙卓,华东师范大学纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心上海!,。∀石墨烯#∃%&∋()∗。+作为碳家族中又一种新的材料它是由单层六角元胞#等角六边形+碳原子组成摘要,,石墨烯是一种零带隙半金属,半导体材料具有比硅高很多的载流子迁移率因此它适用于场发射显示。,,器−.)%0法制备氧化石墨然后用联氨还原的方法制备高产石墨烯然后通过丝网印刷方本文用/,2∋。法制备石墨烯场发射阴极具有稳定的开启电压约1345的场发射性能本研究不仅在碳基膜场发射,。平板显示等实际应用中具有重要研究价值也为石墨烯膜在其他方面的应用开辟了道路,,∀关

2、键词石墨烯丝网印刷场发射1引言121石墨烯的历史,石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料厚度仅为头发的万分,、、,之一是构建其它维数碳质材料#如零维富勒烯一维纳米碳管三维石墨+的基本单元具有极好的。,。结晶性及电学质量自由态的二维晶体结构一直被认为热力学不稳定不能在普通环境中独立存在6年,英国曼彻斯特大学的安德烈·7·海姆#8∗9%)72:);5+等制备出了石墨烯。海姆和他的同事偶然中。,,发现了一种简单易行的新途径他们强行将石墨分离成较小的碎片从碎片中剥离出较薄的石墨薄片,,。,然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧撕开胶带薄片也随之一分

3、为二不断重复这一过程就,。可以得到越来越薄的石墨薄片而其中部分样品仅由一层碳原子构成他们制得了石墨烯〔1<2—1石墨烯的性质。,=石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮它不仅是已知材料中最薄的一种还非常牢固坚硬作,,。=一为单质它在室温下传递电子的速度比已知导体都快另外石墨烯的结构非常稳定【6<石墨烯,、∀特有的结构和特性使得其在纳电子器件方面可能有广泛的应用包括电子工程作为电池电极材料以提高电池效率、储氢材料领域、场发射材料、量子计算机以及超灵敏传感器等领域。12>石墨烯的制备方法,一种,目前有三种方法制备石墨烯是机械剥离法这种方法是通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥

4、离石墨烯片层。这种方法的缺点是效率低、随机性大,不能满足工业化的需要。另一种是加热?≅Α。,,0法第三种是化学氧化还原法即先用−.)%法【3<将石墨氧化成氧化石墨再进行还原得到石墨/,,。烯这种方法产量大适合实际应用,,,在氧化石墨#ΒΧ;9)∃%&∋(;Δ):Ε+制备过程中氧原子的引入破坏了原始石墨的共辘结构使剥,。通过化学或电化学离的氧化石墨烯失去导电性从而限制了其在合成导电纳米复合物方面的应用还原,0,,,方法可以对∋键接的石墨烯网结构进行修复使之脱氧实现重石墨化从而使氧化石墨烯的导电性,。,能显著增大甚至可与原始石墨相当常用的还原剂主要有麟水此外也有用氢气对氧

5、化石墨进行还原的。本文运用化学氧化还原法制得石墨烯【!,Φ<。126本文的工作以及意义,,本文运用化学氧化还原方法制备大规模石墨烯应用丝网印刷方法研究石墨烯阴极研究石墨烯,。材料的表征以及石墨烯阴极的场发射性能场发射平面显示器件具有制作成本低、亮度高、稳定性好、寿命长、功耗低、响应速度快、全彩,。、、显示和对环境的兼容性好等优点是一种非常有前途的大屏幕显示新技术石墨烯兼具高强度高韧性ΓΓ,,良好的热稳定性和导电性这些结构和性能特征使石墨烯具备成为理想的场发射材料的潜在条件为此。对石墨烯场发射性能的探索研究具有重要的理论和实际价值实验21化学氧化还原方法制备石墨烯

6、2121氧化石墨制备【Γ<>20(。,2Η石墨粉末与15Ι浓硫酸在Γ℃水浴搅拌6之后溶液冷却到室温加入31去离子水稀释,静。置一夜2,。。,溶液用∋5的微孔尼龙网过滤再用去离子水过滤清洗掉多于的酸得到的产物静置一夜以上两步是对石墨粉末的预氧化处理。,,,接下来预氧化的石墨在加入15Ι浓硫酸之后冰浴搅拌然后缓缓加入13Η高锰酸钾温度控制在。℃以下搅拌,。,,然后温度保持在>3℃搅拌ϑ(接着温度控制在℃以下加入35Ι去离子水稀释搅拌ϑ(,再加入2Φ1去离子水稀释。,,。,最后加入5Ι含量Κ的过氧化氢溶液变成亮黄色这时候氧化石墨已经制备成功在超,,。声的作

7、用下氧化石墨层之间会打开形成单层的氧化石墨混合液体通过稀盐酸和去离子水的清洗可以进一步去除溶液里的金属离子和剩余的酸。212联氨还原氧化石墨,。,氧化石墨的导电性能不好因为含有大量的含氧基团为了得到导电性能好的石墨烯我们在Η3℃。水浴中用联氨还原氧化石墨Ι(制得石墨烯2丝网印刷方法制备石墨烯场发射阴极、,。丝网印刷技术成熟成本低这种方法可以实现阴极任意大尺寸用传统的丝网印刷的方法制备石,。墨烯场发射阴极用二极管结构测试其场发射性能【Η<>结果与讨论,,氧化还原方法制得的石墨烯由于含氧官能团使得其厚度增加因此用这种方法制备的单层石墨烯2。1≅1