mos2rgo复合材料制备及场发射应用【字数：9524】
摘 要本文介绍了场致电子发射技术的现状、利用场发射测试装置对MoS2/rGO复合材料（rGO为还原氧化石墨烯）进行场发射实验的过程。描述了MoS2/rGO复合材料的制备过程，通过XRD和SEM等表征手段说明本文所制备的MoS2/rGO复合材料为覆盖在宏孔导电网络上面的三维异质结薄膜，薄膜的厚度在500 nm左右。采用二极管结构将所制备的电极组装成测试装置，测试结果显示rGO材料场发射开启电压约为5.14 V/μm-1，最大电流密度0.18 mA cm-2，而MoS2/rGO复合材料（添加葡萄糖）开启电压约为4.09 V/μm-1左右，最大电流密度0.23 mA cm-2，通过实验数据的分析最终我们发现，添加了活性剂（葡萄糖）的MoS2/rGO复合材料相较于rGO拥有更好的场发射特性，同时也优于不添加表面活性剂的样品。
目 录
摘 要 I
1. 绪论 5
1.1石墨烯研究的现状与前景 5
1.2场发射研究意义与现状 6
1.3石墨烯复合材料场发射意义 6
2. 实验主要材料介绍及基础知识 8
2.1石墨烯 8
2.2二硫化钼 9
2.3二硫化钼/石墨烯复合材料 9
2.4MOS2/rGO复合材料的性能及应用 9
2.5场致电子发射 10
3. 试验方法 11
3.1在镀镍微通道板上生长石墨烯材料 11
3.1.1 水热法渗碳 11
3.1.2 退火 12
3.2 制备MOS2/rGO复合材料 13
3.2.1制备方法基础知识 13
3.2.2 本实验中MoS2/rGO复合材料的合成 14
3.3 电极的制备 15
3.4 高真空环境下进行场发射实验 16
3.4.1真空的获得 16
3.4.2本实验中真空的获得 17
3.4.3 场发射实验过程 17
4. 数据处理和其他相关实验 19
4.1 样品的表征 19
4.2 场发射数据整理 20
4.3 荧光观察 23 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
5. 总结 24
参考文献 25
致谢 26
绪论
1.1石墨烯研究的现状与前景
作为一种新材料, 石墨烯具有独特的物理结构特点和优异的应用性能, 近年来石墨烯的应用研究占据重要的地位。随着不断深入的对石墨烯应用的研究, 石墨烯出众的物理化学特性被不断挖掘。
石墨烯研究不断深化的过程中, 其应用领域也在不断扩大。同时作为超薄材料而言, 石墨烯的衍生物如—氟化石墨烯可以作为较为理想的耐摩擦防护材料。由于石墨烯材料本身表面对外界分子感知性较为敏感, 使石墨烯能够用作气体分子传感识别领域较为出色的材料。另外，石墨烯材料具有相当高的强度和韧，这使石墨烯纳米复合材料也同时具有相对更高的韧性。
从结构方面来说, 纳米石墨烯的尺寸与应用性能很大程度上是一致的，这个特殊性使石墨烯在研究应用方面相当出色，是其他尺寸材料无法企及的。但石墨烯的具体结构仍然存在未知性，这就导致石墨烯的应用或许会存在一些局限。目前石墨烯已经进入批量化生产的阶段，大尺寸方向上的诸多难题也正在被不断突破，产业化应用石墨烯的时代也正在到来。基于目前已有的研究成果来看，我们推测最先实现商业化的行业很有可能会是移动设备、航空航天、新能源电池等一些先进领域。同时，石墨烯的逐渐大规模应用使得一些以往只能存在于理论上的量子效应从现在起能够通过实验经行具体和直观的验证。随着对石墨烯结构特性的进一步研究，石墨烯及其相关衍生材料的应用也将进一步展开。
利用其电子特性，石墨烯的以下主要应用预计将是重大突破：
（1）石墨烯的太赫兹电子迁移率超大，使石墨烯能够使用于构建更小，更快，更便宜的电子设备。自旋电子学，场效应晶体管和光电子学等方面也因此具有更加光明的未来。
（2）石墨烯具有高导电性和导热性以及良好机械强度，如果能够降低成本并且进入规模化生产的阶段，石墨烯的多种性能或将得到增强，届时石墨烯极有可能在导电复合材料和热界面材料等方面实现更多功能。
（3）通过大面积CVD生长制备的石墨烯，我们预想将更适合于使用在各种触摸屏和各种显示应用中，并且很有可能可以替代氧化铟锡，成为更便宜的透明导电电极材料。另外，ITO材料及其易碎性并且无法弯曲，这使其不能满足柔性器件的要求，但石墨烯的特殊性使得它能够用于柔性，透明和可加工电极，是一种更具有前景的材料。
1.2场发射研究意义与现状
21世纪是信息化技术将会高度发展的年代，图像与文字的处理是信息处理中最重要的方面，而要想在此方面获得更多进展就无法离开显示设备的开发改进，所以显示技术已经是信息化社会中及其重要的技术领域。目前的情况来说显示器需要更加超薄、超轻，才能更好地满足人们的需求，并且人们希望它们能拥有丰富的色彩特性。于是人们将目光投向于场发射显示器(FED)。虽然场发射平板显示器技术在最近几年来的研究中已经取得了不少进展，但距离大规模的应用还是存在相当的差距。原因在于人们还没有找到一种满足需求的场发射材料，目前所使用的场发射材料在它们的场发射性能和材料制备上仍然也存在许多需要被解决的问题。正因如此，场发射材料近年来已经成为微电子材料研究中的一个热点领域。早期的场发射材料很多采用金属尖端，虽然它们的发射机理较清楚并且由于研究时间较长所以工艺较成熟，但是金属材料场发射的阈值电压较高，所以或许面临着被淘汰的局面。所以人们开始尝试着对一些带隙较宽的材料进行实验，如金刚石、类金刚石、碳化硅(SiC)等。这些材料的化学与热稳定性良好，并且它们同时具有高熔点、高热导率、高击穿电压及较大的载流子迁移率，这些优点能够大大降低场发射的阈值电压，所以这类宽带隙的场发射材料拥有更加广阔的发展前景。另外，纳米场发射材料也在近些年不断引起人们注意。其中，与金属相比碳纳米管的场发射特性更加稳定，一些根据其发射原理的平板显示器也已经进入研究阶段。而在各种纳米场发射材料中，碳纳米管更加得到人们的重视。
1.3石墨烯复合材料场发射意义
目 录
摘 要 I
1. 绪论 5
1.1石墨烯研究的现状与前景 5
1.2场发射研究意义与现状 6
1.3石墨烯复合材料场发射意义 6
2. 实验主要材料介绍及基础知识 8
2.1石墨烯 8
2.2二硫化钼 9
2.3二硫化钼/石墨烯复合材料 9
2.4MOS2/rGO复合材料的性能及应用 9
2.5场致电子发射 10
3. 试验方法 11
3.1在镀镍微通道板上生长石墨烯材料 11
3.1.1 水热法渗碳 11
3.1.2 退火 12
3.2 制备MOS2/rGO复合材料 13
3.2.1制备方法基础知识 13
3.2.2 本实验中MoS2/rGO复合材料的合成 14
3.3 电极的制备 15
3.4 高真空环境下进行场发射实验 16
3.4.1真空的获得 16
3.4.2本实验中真空的获得 17
3.4.3 场发射实验过程 17
4. 数据处理和其他相关实验 19
4.1 样品的表征 19
4.2 场发射数据整理 20
4.3 荧光观察 23 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
5. 总结 24
参考文献 25
致谢 26
绪论
1.1石墨烯研究的现状与前景
作为一种新材料, 石墨烯具有独特的物理结构特点和优异的应用性能, 近年来石墨烯的应用研究占据重要的地位。随着不断深入的对石墨烯应用的研究, 石墨烯出众的物理化学特性被不断挖掘。
石墨烯研究不断深化的过程中, 其应用领域也在不断扩大。同时作为超薄材料而言, 石墨烯的衍生物如—氟化石墨烯可以作为较为理想的耐摩擦防护材料。由于石墨烯材料本身表面对外界分子感知性较为敏感, 使石墨烯能够用作气体分子传感识别领域较为出色的材料。另外，石墨烯材料具有相当高的强度和韧，这使石墨烯纳米复合材料也同时具有相对更高的韧性。
从结构方面来说, 纳米石墨烯的尺寸与应用性能很大程度上是一致的，这个特殊性使石墨烯在研究应用方面相当出色，是其他尺寸材料无法企及的。但石墨烯的具体结构仍然存在未知性，这就导致石墨烯的应用或许会存在一些局限。目前石墨烯已经进入批量化生产的阶段，大尺寸方向上的诸多难题也正在被不断突破，产业化应用石墨烯的时代也正在到来。基于目前已有的研究成果来看，我们推测最先实现商业化的行业很有可能会是移动设备、航空航天、新能源电池等一些先进领域。同时，石墨烯的逐渐大规模应用使得一些以往只能存在于理论上的量子效应从现在起能够通过实验经行具体和直观的验证。随着对石墨烯结构特性的进一步研究，石墨烯及其相关衍生材料的应用也将进一步展开。
利用其电子特性，石墨烯的以下主要应用预计将是重大突破：
（1）石墨烯的太赫兹电子迁移率超大，使石墨烯能够使用于构建更小，更快，更便宜的电子设备。自旋电子学，场效应晶体管和光电子学等方面也因此具有更加光明的未来。
（2）石墨烯具有高导电性和导热性以及良好机械强度，如果能够降低成本并且进入规模化生产的阶段，石墨烯的多种性能或将得到增强，届时石墨烯极有可能在导电复合材料和热界面材料等方面实现更多功能。
（3）通过大面积CVD生长制备的石墨烯，我们预想将更适合于使用在各种触摸屏和各种显示应用中，并且很有可能可以替代氧化铟锡，成为更便宜的透明导电电极材料。另外，ITO材料及其易碎性并且无法弯曲，这使其不能满足柔性器件的要求，但石墨烯的特殊性使得它能够用于柔性，透明和可加工电极，是一种更具有前景的材料。
1.2场发射研究意义与现状
21世纪是信息化技术将会高度发展的年代，图像与文字的处理是信息处理中最重要的方面，而要想在此方面获得更多进展就无法离开显示设备的开发改进，所以显示技术已经是信息化社会中及其重要的技术领域。目前的情况来说显示器需要更加超薄、超轻，才能更好地满足人们的需求，并且人们希望它们能拥有丰富的色彩特性。于是人们将目光投向于场发射显示器(FED)。虽然场发射平板显示器技术在最近几年来的研究中已经取得了不少进展，但距离大规模的应用还是存在相当的差距。原因在于人们还没有找到一种满足需求的场发射材料，目前所使用的场发射材料在它们的场发射性能和材料制备上仍然也存在许多需要被解决的问题。正因如此，场发射材料近年来已经成为微电子材料研究中的一个热点领域。早期的场发射材料很多采用金属尖端，虽然它们的发射机理较清楚并且由于研究时间较长所以工艺较成熟，但是金属材料场发射的阈值电压较高，所以或许面临着被淘汰的局面。所以人们开始尝试着对一些带隙较宽的材料进行实验，如金刚石、类金刚石、碳化硅(SiC)等。这些材料的化学与热稳定性良好，并且它们同时具有高熔点、高热导率、高击穿电压及较大的载流子迁移率，这些优点能够大大降低场发射的阈值电压，所以这类宽带隙的场发射材料拥有更加广阔的发展前景。另外，纳米场发射材料也在近些年不断引起人们注意。其中，与金属相比碳纳米管的场发射特性更加稳定，一些根据其发射原理的平板显示器也已经进入研究阶段。而在各种纳米场发射材料中，碳纳米管更加得到人们的重视。
1.3石墨烯复合材料场发射意义
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