石墨烯及石墨烯基复合柔性透明电极的研制

采用改进的化学气相沉积法制备了缺陷较少的石墨烯,并以旋涂导电聚合物薄膜为石墨烯中间基底,进行石墨烯薄膜的转移和柔性透明复合电极的制备。采用激光拉曼光谱、光学显微镜、动静态接触角仪、原子力显微镜、四探针测试仪和透光率仪等对制备的材料进行表征。分析了甲烷通入方式和石墨烯转移对石墨烯质量的影响,以及表面活性剂、旋涂转速对电极表面形貌及光学与电学性能的影响。结果表明:本实验环境下,使用的甲烷流量范围能制备出单层或少层的石墨烯,而先低后高式梯度浓度通入甲烷有利于减少石墨烯的缺陷,其ID/IG值最小,为0.034。双离子型表面活性剂改善了导电聚合物在石墨烯表面成膜的形貌,其表面粗糙度在8 nm左右,且表面活性剂浓度为10 mmol/L时,其在石墨烯表面的静态接触角为37.17°。选取最佳成膜导电聚合物水溶液配比,并在500 r/min旋涂转速下,所得复合电极的方阻为274.8Ω/sq,相比石墨烯降低了39.77%;当复合旋涂转速大于1 500 r/min时,复合电极透过率大于90%。     

二维忆阻材料及其阻变机理研究进展

二维材料由于具有超薄、柔性的层状结构,有望突破传统阻变材料难以降低忆阻器尺寸的限制,成为存储器、柔性电子、神经形态计算等领域的研究热点。本文从器件结构、材料种类、开关机理、电极和功能层改性等方面综述和分析了近年来二维材料基忆阻器的研究进展。“三明治”结构是忆阻器最常用的结构,通过插入调节层可提高器件稳定性;平面结构可操控性较差,但其独特的易观察性为研究忆阻器的阻变机理提供了有力工具。石墨烯及其衍生物和二硫化钼忆阻器阻变性能较好且应用广泛;二硫化钨、碲化钼、六方氮化硼、黑磷、MXene、二维钙钛矿等也逐渐被应用于忆阻器,但性能仍需优化。器件开关机制主要包括导电细丝、电荷俘获与释放、原子空位等。选择功函数合适的电极,可有效调控界面势垒和载流子输运;通过将二维材料与聚合物复合或掺杂纳米粒子,可有效降低器件的离散性。下一步应从界面性质精确控制和耐弯曲耐极端温度等方面深入研究,为新型二维材料忆阻器的工业化应用奠定基础。     

石墨烯增强聚合物气密性的研究进展

石墨烯被认为是一种极具前景的气体阻隔填料,完整的单层石墨烯可以阻挡绝大多数气体小分子通过其表面,因此石墨烯被广泛用作提高聚合物气密性的填料.本论文综述了近几年石墨烯及其衍生物增强聚合物气密性的研究进展,介绍了石墨烯的特征以及其在聚合物基体中起到的阻隔机制,根据小分子渗透理论模型来讨论影响层状石墨烯/聚合物纳米复合材料阻...     

基于CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜厚度的数模阻变转换机理EI北大核心

采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜,通过在CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件,采用XRD和XPS表征CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明:阻变层中主要由TiO_(2)和CeO_(2-x)组成。与Al/CeO_(2)/FTO器件相比,Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件的电学性能得到提升。I-V测试表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件具有无初始化过程的双极性阻变特性。对不同CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度下的阻变器件进行电学分析,研究表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件在不同CeO_(2-x)-TiO_(2)膜厚下其低阻态呈欧姆导电机制。随着CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度的增加,高阻态的阻变机制会发生本质变化,器件的阻变机制从氧空位导电细丝机制转变为缺陷对电荷的捕获/释放机制。研究发现Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)界面处的AlO_(x)层是阻变机制转变的关键,AlO_(x)层的增厚使器件从“数字型”转变为“模拟型”。     

基于CeO2-x-TiO2薄膜厚度的数模阻变转换机理

采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_2-x-TiO₂薄膜，通过在CeO_2-x-TiO₂薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO阻变器件，采用XRD和XPS表征CeO_2-x-TiO₂薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明：阻变层中主要由TiO₂和CeO_2-x组成。与Al/CeO₂/FTO器件相比，Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO阻变器件的电学性能得到提升。I-V测试表明Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO器件具有无初始化过程的双极性阻变特性。对不同CeO_2-x-TiO₂厚度下的阻变器件进行电学分析，研究表明Al/CeO_2-x-TiO₂/FT...     

聚合物/石墨烯智能复合材料及器件研究进展

石墨烯具有高导电性、高导热性以及稳定性,因而被认为是一种良好的驱动材料。而智能材料是指能感知外部刺激且本身可执行的新型功能材料。聚合物/石墨烯智能复合材料兼具石墨烯材料和智能材料的特性,因而被应用到驱动器的设计中。概述了聚合物/石墨烯智能复合材料驱动器的最新进展,并且讨论了在多种驱动条件或刺激下石墨烯所发挥的作用,介绍了不同刺激下聚合物/石墨烯复合材料的制备方法,最后对聚合物/石墨烯智能复合材料及器件作了总结并对其前景作了展望。     

石墨烯浓度对ZrH1.8表面微弧氧化陶瓷层的影响

在Na₅P₃O₁₀-KOH-Na₂EDTA电解液中, 以石墨烯为添加剂, 在恒压模式下对ZrH_1.8表面进行微弧氧化处理。采用涂层划痕仪测试陶瓷层与基体的结合力, 通过真空脱氢实验来评价陶瓷层的阻氢性能。电解液中添加石墨烯后, ZrH_1.8表面微弧氧化陶瓷层均由内层致密层和外层疏松层构成, XRD图谱显示, 所制陶瓷层主要由M-ZrO₂和T-ZrO₂相组成。随着石墨烯浓度的增加, 陶瓷层的氢渗透降低因子(Permeation Reduction Factor, PRF)呈先增大后减小的趋势。当石墨烯浓度为0.10 g/L时, 陶瓷层的厚度约为66.5 μm, 表面孔洞和裂纹较少, 陶瓷层较致密, PRF值为13.2, 阻氢性能较好。     

异质原子/纳米颗粒掺杂激光诱导石墨烯的研究现状及其应用

石墨烯独特的晶格结构使其具有十分优越的性能,然而零带隙一直制约着石墨烯的发展。激光诱导石墨烯(Laser-induced graphene, LIG)技术能够显著增强石墨烯的性能,但该技术仍存在带隙小、电容位点少及片层堆叠等问题。通过异质原子/纳米颗粒掺杂LIG技术,可实现石墨烯的微观结构、表面化学活性及孔隙率的调控,从而提升LIG复合材料的性能,为LIG器件的研制及应用提供了新策略。梳理了近年来LIG的掺杂体系,分析了众多异质原子/纳米颗粒掺杂对LIG结构及性能的影响;阐述了诸多LIG掺杂方法的特点,讨论了掺杂LIG器件在各相关领域的应用,为利用掺杂LIG的特性和器件性能相结合,开发人工智能、能源存储与转换、健康检测应用器件提供了研究思路;最后,对异质原子/纳米颗粒掺杂LIG进行了总结,并对其发展前景进行了展望。     

石墨烯/聚合物复合材料导热性能研究进展EI北大核心CSCD

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,可以提供声子的二维传播路径,具有非常优异的导热性能,是导热型聚合物复合材料的理想填料。文中总结了石墨烯/聚合物复合材料导热性能的影响因素(石墨烯取向、石墨烯尺寸、温度、聚合物链长度、石墨烯片层厚度、石墨烯分散性和与聚合物的界面强度),重点介绍了3种增强石墨烯/聚合物复合材料导热性能的方式(共价键连接、非共价键连接、多种填料协同共混)。     

石墨烯及其复合材料专题 序

<正>石墨烯是由碳原子共轭构成的具有单原子层厚度的二维晶体,是目前已知的最薄的材料,其发现者也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯独特的二维片层结构赋予其许多独特的性能,包括优异的导电性、导热性、透光性、力学性能以及巨大的比表面积,使其一经发现便成为碳家族中的明星材料,引发了全球范围的研究热潮。目前,石墨烯及其复合材料在光电器件、储能、光/电催化、传感、热电以及聚合物增强等方面展现出巨大的应用前景。据2015年     

石墨烯/聚合物复合材料导热性能研究进展

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,可以提供声子的二维传播路径,具有非常优异的导热性能,是导热型聚合物复合材料的理想填料。文中总结了石墨烯/聚合物复合材料导热性能的影响因素(石墨烯取向、石墨烯尺寸、温度、聚合物链长度、石墨烯片层厚度、石墨烯分散性和与聚合物的界面强度),重点介绍了3种增强石墨烯/聚合物复合材料导热性能的方式(共价键连接、非共价键连接、多种填料协同共混)。     

石墨烯介电电泳组装及电学特性

将石墨烯有效地集成到微纳器件上实现组装是石墨烯得以应用的重要先决条件。采用介电电泳法对二维纳米材料石墨烯进行组装,研究介电电泳组装过程参数包括外加交变电压幅值、石墨烯悬浮液浓度和外加电场作用时间对组装的影响。结果表明:组装到电极之间的石墨烯数量随着上述组装参数值的增大而增加,其中石墨烯悬浮液浓度的影响最为显著。组装后石墨烯的I-V特性曲线呈现良好的直线性,依据组装石墨烯数量的不同,电阻在数kΩ到数百kΩ之间,表明石墨烯与金属电极之间具有较高的接触电阻。采用局部焦耳热法可以有效地降低石墨烯的接触电阻,在电压幅值为3.6V时,降阻效果最优,电阻下降幅度为47.91%。     

石墨烯基聚合物复合电解质的设计、性能及其应用研究进展

固态电化学器件具有柔性好、安全性能高及能量密度高等优点,属于极有前景的新一代化学能源器件。固态电解质是实现电化学器件固态化的关键,其中石墨烯基聚合物复合电解质由传统聚合物电解质发展而来,是一类含有石墨烯纳米填料和聚合物基体的新型固态电解质,具有较高的离子电导率、良好的加工性能及优异的界面特性,现已成为固态电化学器件研发中备受关注的电解质材料。本文着重讨论了近年来石墨烯基聚合物复合电解质的结构设计、性能机制及在各种电化学储能器件中应用的研究进展。      

封面图片说明

正封面图片出自论文"阳离子迁移型阻变存储材料与器件研究进展".是清华大学材料学院潘峰教授研究团队提供的阳离子迁移型阻变存储器的器件结构及选材和阻变特性及机理示意图.阳离子迁移型阻变存储器的存储单元为"活性电极/存储介质/惰性电极"三层膜结构,通过外加电压作用下活性电极原子发生氧化还原反应和定向迁移过程而实现信息存储,其中逻辑"1"对应于低阻     

球磨法制备亲水性石墨烯

采用石墨衍生物作为添加剂,在水相介质中采用球磨剥离并结合高温煅烧制备石墨烯,系统研究制备石墨烯的工艺条件。结果表明:较佳工艺条件为球磨时间为16 h,初始石墨浓度为50 g/L,研磨介质与石墨的质量比为60∶1,石墨衍生物与石墨的质量比为20∶1。一系列的结果表明将石墨衍生物作为添加剂利用湿法球磨可以成功制备出石墨烯,制备出的石墨烯纳米片缺陷程度低,层数大多数在5层以下,横向尺寸在1μm左右,且制备的石墨烯的电导率为3 600 S/m。     

石墨烯表面改性及其在聚合物导电复合材料中的应用研究

石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料,引起了科学家们极大的兴趣。其中石墨烯/聚合物复合材料具有优异的导电性能,广泛应用于电子、电气等领域。石墨烯片层易于团聚,在聚合物基体中分散不均匀,严重影响了石墨烯/聚合物复合材料的导电性能,需要对石墨烯及其衍生物进行表面改性。表面改性能有效地提高石墨烯在聚合物基体中的分散性,改善石墨烯与聚合物基体的相容性。文中介绍了石墨烯的共价改性(亲核取代反应、亲电取代反应、缩聚反应)和非共价改性(表面活性剂吸附、杂化修饰)的方法,以及对石墨烯/聚合物复合材料导电性的影响,总结了2种改性法的优缺点,最后展望了石墨烯改性及其在聚合物导电复合材料应用方面的研究方向。     

基于化学气相沉积石墨烯/PEDOT-PSS共混复合材料的导电薄膜

采用液相剥离技术制备基于化学气相沉积（CVD）石墨烯/聚乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸（PEDOT-PSS）共混复合材料的导电薄膜。采用原子力显微镜和SEM表征石墨烯/PEDOT-PSS复合薄膜的微观结构;通过紫外吸收谱、X射线光电子能谱、FTIR等分析技术探索该共混复合薄膜的导电机制。结果表明：石墨烯/PEDOT-PSS导电薄膜具有优异的电学特性,其方阻约为8 Ω/□;表面分析表明,石墨烯与PEDOT主链中五元噻吩发生π-π共轭效应,由此引起两作用体之间电子云密度的变化,该变化增加了PEDOT主链的载流子离域化程度,有利于PEDOT导电性的提升,同时提高石墨烯的载流子浓度,使CVD石墨烯/PEDOT-PSS复合薄膜的导电能力增强。     

氧化石墨烯对亚甲基蓝的可见光催化降解

用改良的Hummers法制得了氧化石墨烯,对其微观形貌、成分和结构进行了表征,并使用亚甲基蓝溶液测试其光催化效率。通过SEM、TEM、Raman分析表明,得到的是少层氧化石墨烯,碳氧原子数比在3∶1左右。荧光共聚焦光谱显示,所得到的氧化石墨烯在420～700nm的光波谱范围内都有特征吸收峰。氧化石墨烯能够迅速吸附亚甲基蓝分子,然后对其进行光催化降解,在亚甲基蓝浓度为40mg/L、氧化石墨烯浓度为10mg/L时,降解率能达到40%。之后,初步探究了氧化石墨烯的光催化机理。     

1D1R型阻变存储器的研究进展

本文从二极管类型、器件组成和单元结构综述了1D1R型阻变存储器的研究进展。二极管可分为硅基二极管、氧化物二极管(p-n结型、肖特基型)和聚合物二极管。硅基二极管性能优异,但制备温度高,不利于集成;氧化物二极管易制备,且与CMOS工艺兼容,但正向电流密度不足;聚合物二极管虽然性能较差,但易于大面积制备,柔性好。单元结构可分为1D1R、1D2R和Bi-1D1R。1D1R研究最为广泛,但不适用于双极型阻变介质,1D2R和Bi-1D1R型可适用于双极型阻变介质。分析静态和柔性下的器件表明:阻变介质和制备方法对于存储器的性能有较大影响,柔性1D1R型阻变存储器已经具备了一定的抗弯扭、卷绕能力,其柔性主要受到基底性质、膜层间粘附力、杨氏模量差、材料属性等影响。     

一种有效提升石墨烯晶体管迁移率的加工方法（英文）

传统光刻工艺加工石墨烯沟道的方法中,石墨烯表面的光刻胶残留严重影响其电学特性,导致载流子迁移率大大降低.为了解决光刻胶残留的问题,采用聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)作为缓冲层,将石墨烯与光刻胶隔离,可以有效保护石墨烯表面,使石墨烯保持干净的表面.电学测量结果表明,与传统光刻方法相比该方法制备出的石墨烯场效应管的迁移率提升了5倍.此外,通过采用聚合物辅助的转移方法,可实现大面积石墨烯的转移.拉曼光谱数据表明,这种转移方法对石墨烯造成的沾污和破损非常微弱.该加工工艺不仅与CMOS工艺兼容,而且适用于各种基于石墨烯的微电子器件.