石墨烯的精细结构及其性质研究
杨硕
学位类型硕士
导师胡钧
2016
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词石墨烯 石墨烯褶皱 原子力显微镜 开尔文探针力显微镜 受限水层
摘要作为第一种被发现的二维晶体,石墨烯拥有杰出的电学、力学、光学、热学等性质,在电子器件、能量存储器件、传感器、复合材料等诸多领域具有非常广泛的应用前景。实际存在的石墨烯并非理想的二维结构,而是存在不同尺寸的褶皱。褶皱不仅使石墨烯能够避免因热力学不稳定性而解离,更在一定程度上影响了石墨烯的电学性质。原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)是一种基于样品与探针作用力的成像工具,可以用来表征样品表面的三维形貌、电荷迁移情况、还原程度等信息。本论文以石墨烯作为研究对象,利用原子力显微镜的高分辨率研究石墨烯的褶皱行为。具体内容包括以下三个方面:1.利用原子力显微镜观察石墨烯的微观结构,通过调节石墨烯与探针间的作用力大小,发现了一种大小在5?左右的周期性褶皱。观察了在不同衬底上这种褶皱出现的规律,通过第一性原理计算结果分析了衬底对该褶皱形成的原因。通过原子力显微镜的针尖电荷注入技术为石墨烯样品引入附加的电场,并发现附加的电场同样有一定概率引发5?结构的出现。2.石墨烯具备良好的柔韧性,能够精确的复制表面形貌,并且石墨烯对水分子具有不可透过性,利用石墨烯可以研究水分子在石墨烯与衬底之间的行为以及其对石墨烯性质的影响。石墨烯与衬底间的受限水按层状排布,每层水层的厚度约为3.7?。通过控制环境湿度的变化,石墨烯与衬底间受限水的形貌能够随着湿度变化而变化。3.利用开尔文探针力显微镜测量石墨烯与衬底间的表面电势。发现存在与石墨烯与衬底之间的受限水层对于石墨烯与衬底之间的电势差有正向的补偿作用,从而导致水层较多的石墨烯样品无法观察到5?结构。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/28432
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
杨硕. 石墨烯的精细结构及其性质研究[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2016.
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