两种传压介质下氟化锶的高压相变研究

采用高压拉曼实验技术和高压同步辐射技术对氟化锶的高压相变及卸压过程进行研究.两种传压介质下的高压拉曼和高压同步辐射实验结果表明,氟化锶在5~6 GPa会发生由立方相到正交相的结构相变.在卸压过程中相变具有较强的滞后性,这是由氟化锶的自身属性决定的,与实验选择的传压介质无关.当样品卸至常压后,当氟化锶内部的残余应力完全释放后其相变是可逆的.该结果为进一步研究其它碱土金属氟化物的高压相变和物理性质提供了重要的实验依据.     

三氯化铁基少层石墨烯插层化合物的拉曼光谱

 利用拉曼光谱技术,研究了三氯化铁插层掺杂的少层石墨烯薄片。通过G 带拉曼成像可判明样品不同的插层掺杂部分及其掺杂程度。G 带拉曼峰在双层石墨烯和四层石墨烯中分别为单峰和双峰的不同结构。在石墨烯边缘处,G 带拉曼峰会比其内部多出1 个本征的G₀峰,说明石墨烯边缘仍然存在未经插层掺杂的石墨烯。经过插层的双层石墨烯2D 带拉曼峰仍可拟合出4个洛伦兹峰。     

低压热丝化学气相沉积法快速合成1-2层石墨烯薄膜

利用镍衬底独特的渗碳-析碳机制,分别引入混合气体氢气和乙炔,使用低压热丝化学气相沉积法(LPHFCVD),在镍衬底上生长石墨烯(Graphene)薄膜。通气时长分别为5s,60s,300s,极大地节省了时间和成本。制备的样品分别通过拉曼光谱(Raman),X光电子能谱(XPS),扫描电镜(SEM)等分析表征手段对其结构、形貌、缺陷等进行表征。拉曼光谱表明石墨烯薄膜的D,G,2D峰在不同温度、不同反应时间条件下不同的层数、缺陷密度和结晶质量,其中以950℃,5s的条件制备得到的石墨烯薄膜为1-2层,且缺陷极少,结晶质量很高。XPS的结果进一步确认了按照以上条件制备的石墨烯薄膜具有很高的结晶质量和很低的缺陷密度。SEM则显示了在镍衬底上制备石墨烯薄膜的形貌。     

强极化衬底下不同堆垛方式双层石墨烯能隙的研究

基于第一性原理计算,以强极性极化材料作为衬底,提出一种打开双层石墨烯能隙的有效方法.应用表面功能化的氮化硼极性材料为衬底,使以 AA 和转角形式堆垛的双层石墨烯,其能隙打开到 0.033 9 eV 和0.032 5 eV.当以AB方式堆垛双层石墨烯时,在该衬底下其能隙可达到0.430 eV左右;且此能隙随衬底与双层石墨烯之间的堆垛方式的不同而发生微小变化.这表明该方法一方面能够通过改变双层石墨烯自身的堆垛方式来有效的改变其能隙大小;另一方面在AB堆垛情况下通过调整衬底与相邻石墨烯的堆垛方式可以对其能隙在0.430 eV附近进行微调.该方法在完美的保持双层石墨烯结构完整性的前提下,能够获得适用于光电子器件的能隙.相较于其他方法,该方法更加切实可行,能够促进石墨烯在半导体器件中的应用以及石墨烯技术的发展.     

大面积单层石墨烯薄膜的生长与转移

本文章主要研究通过化学气相沉积法制备大面积的单层石墨烯薄膜,利用转移法将薄膜转移到任意衬底上,并使用拉曼光谱图表征此薄膜为单层的石墨烯薄膜.从而制备出大面积高质量可转移的石墨烯薄膜.为未来研究石墨烯的一些物理特性、化学特性及其一些器件有着重要的意义.     

云母片上单层石墨烯的制备及拉曼光谱研究

采用拉曼表征技术研究了平铺到云母片上单层石墨烯的性质.首先,将单晶白云母暴露在辐照量为1×10~6个/cm~2的重离子中进行辐照,用HF溶液对辐照后的云母片进行蚀刻.之后将CVD(化学气相沉积)法制得的单层石墨烯转移平铺到云母片上,利用SEM、Raman技术对悬空(孔洞之上)及非悬空区域的石墨烯进行分析表征.实验结果表明,辐照后的云母片在HF(体积分数40%)中置于30℃水浴超声蚀刻20 min后产生孔径约为3μm的菱形孔洞.而平铺在云母上的单层石墨烯样貌完整,部分悬空区域处的石墨烯有所破裂,且破裂面积随孔径增大而增多.利用拉曼电镜对悬空区域进行探测,可以得到仅有单层石墨烯的拉曼信号.采用石墨烯/云母基底对生物探针分子进行拉曼表征,结果显示该基底对探针分子的拉曼信号有增强作用.     

水热法制备氟化石墨烯

以石墨为原料,由Hummers法的改进方法制备氧化石墨烯,再采用水热法对氧化石墨烯进行氟化,获得氟化石墨烯。利用X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)对其结构和微观形貌进行表征。FTIR和Raman结果表明氟化产物的化学结构中存在C-F键,且D峰(1350 cm-1处)和G峰(1580 cm-1处)所对应的强度比ID/IG在氟化后明显变大,即氟化造成碳结构缺陷,规整性下降。AFM显示氟化石墨烯具有纳米层状结构,厚度约为4 nm。该法成本较低,工艺简单,易于控制,对设备要求不高,有望实现氟化石墨烯的大规模制备。     

高温退火对石墨烯摩擦性能的影响

为了探讨高温环境下石墨烯摩擦性能变化对其作为固体润滑剂性能的影响,采用原子力显微镜研究了单层石墨烯在空气中不同温度下退火后的摩擦学性能,比较了不同温度下退火前后摩擦力及黏附力的变化.通过拉曼光谱检测石墨烯的缺陷并计算石墨烯的缺陷密度,最后建立了不同荷载下单层石墨烯摩擦力随缺陷密度的变化关系.实验结果表明:在空气中退火后...     

氟化度及单轴应力对氟化石墨烯结构稳定性和能带的影响

采用基于密度泛函数理论的第一性原理,通过计算研究了四种(Chair、Zigzag、Boat、Armchair)双面全氟化石墨烯(N_C∶N_F=1∶1)构型,发现Chair型氟化后的石墨烯构型最稳定。在此基础上,系统研究了以Chair形式氟化时不同氟化度和单轴应力对氟化石墨烯结构稳定性与能带的影响.计算结果表明:氟化度越高氟化石墨烯结构越稳定,且双面氟化石墨烯较单面氟化更稳定。对构造的全氟化石墨烯体系沿X方向施加压(拉)应变时,石墨烯体系的起伏高度随单轴应变的增加而减小,导带底和价带顶均发生微小移动、带隙逐渐减小,带隙在轴向压应力作用下减小得更快.     

多层金刚石薄膜制备工艺和应力分析研究

采用热丝化学气相沉积方法,优化金刚石薄膜制备工艺。通过改变甲烷浓度成功制备出厚度均匀的多层金刚石薄膜,实现了多种调制周期的金刚石薄膜制备,调制周期最小至100 nm。通过拉曼光谱和X射线衍射方法对单层以及多层金刚石薄膜进行应力分析,发现单层结构中,微米金刚石薄膜应力最大,随着金刚石晶粒尺寸的减小,薄膜应力减小;多层金刚石薄膜结构中,微米层与纳米层均匀交替生长,有效地降低了薄膜应力,有利于提高金刚石薄膜在应用中的稳定性。     

β-Ga_2O_3的高压原位拉曼光谱

利用金刚石对顶砧(DAC)高压装置产生高压, 在0～23.4 GPa研究β相氧化镓(β-Ga2O3)晶体高压原位拉曼光谱. 根据高压拉曼光谱的实验数据, 给出了β-Ga2O3晶体拉曼振动频率与压力的关系, 并将外振动谱线144 cm-1归属于平移模, 169 cm-1归属于转动模. 在18 GPa附近, 发现两个新的拉曼峰232 cm-1和483 cm-1, 由这两个峰的强度随压力的升高逐渐增强可知, β-Ga2O3晶体发生了压力导致的结构相变.     

电化学法制备石墨烯及其性能表征

在0.2 mol·L氯化胆碱体系下以电化学法剥离石墨箔得到石墨烯,采用高分辨透射电子显微镜、扫描隧道电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱等方法研究了所得到的石墨烯的形貌与结构.结果表明:所得的产物最薄仅为2～4层,多数为6～8层,并且具有较好的完整性,无明显团聚与褶皱.与氧化还原法相比结构缺陷及氧化官能团含量明显降低.将石墨烯制成无支撑石墨烯薄膜,测量其导电性可知在其面密度为0.5 mg·cm时其方块电阻仅为19.3 Ω/□,显示出良好的导电性能.     

氟化并五苯分子在半金属Ga表面的自组装单层

采用超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM)和分子束外延(MBE)系统,研究了在半金属镓表面上的氟化并五苯(perfluoropentacene)分子的自组装单层结构.在室温下氟化并五苯分子在镓表面表现出较高的迁移性.随着覆盖度的增加,氟化并五苯分子从最初形成的两维无序结构演化到有序排列的分子自组装单层.高分辨的STM图像表明,氟化并五苯分子结合成分子二聚体,并平铺在衬底表面.随着覆盖度的进一步增加,第二层氟化并五苯分子"直立"在第一层分子上面.这表明分子-衬底之间的相互作用大于两分子层之间的范德瓦尔斯相互作用.     

掺硼金刚石薄膜涂层刀具的制备及试验研究

采用偏压增强热丝化学气相沉积法,以硼酸三甲酯为掺杂源,以WC-Co硬质合金刀具为衬底,制备了不同掺硼浓度的金刚石薄膜涂层刀具.通过采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱及压痕测试对涂层刀具的表面形貌、薄膜质量和膜-基附着力进行了研究,分析了硼元素对薄膜质量和刀具性能的影响.研究结果表明:硼掺杂可以有效抑制刀具表层钴的扩散,改变金刚石薄膜的成分;掺硼金刚石薄膜的晶粒取向主要是{111},随着掺硼浓度的增加,金刚石薄膜的晶粒变小,平均晶粒尺寸从10 μm下降到2 μm;金刚石薄膜的拉曼光谱中心声子线随着掺硼浓度的增加向低频方向漂移,强度降低,且出现多晶石墨峰;涂层的膜-基附着力在硼碳摩尔比B/C=3×10-3时最佳.通过对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的切削加工试验表明,在适当的掺硼浓度下金刚石薄膜涂层刀具的切削性能得到了显著改善.     

大粒径氧化石墨及石墨烯的制备与表征

以0.10、0.15、0.18、0.30 mm 4种不同粒径的石墨为原料,采用密闭氧化、氨-水合胼还原法,经过2个控温阶段制备了10~20 μm大粒径氧化石墨(GO)与石墨烯,并通过正交实验、单因素实验优化了制备条件. 测定了GO与石墨烯的傅里叶红外光谱、拉曼光谱及热稳定性.用扫描电镜、X线衍射光谱、原子力显微镜测试了产品的结构与石墨烯片层厚度. 实验结果表明:石墨粒径越小,片层剥离程度越高, GO的产率、热稳定性也均有提高. 石墨烯在800 ℃下残炭率高于80%,剥离层厚度约为1 nm. 本实验研究为制备大粒径GO与石墨烯提供了一种可行的实验方法.     

氢氧化钠的高压拉曼散射研究

采用金刚石对顶砧装置,利用原位高压拉曼散射技术对氢氧化钠(NaOH)进行了系统的高压实验研究.实验所达到的最高压力约为40 GPa,测量的波数范围为55～4 000 cm~(-1).在压力研究的范围内,NaOH于0. 9 GPa时发生了一次结构相变,为正交晶体结构(α)到NiAs结构(γ)的转变.压力继续升高至最高压力约40 GPa范围内,再无相变发生.利用MS中的CESTEP模块对NaOH常压相和高压相的拉曼光谱进行了理论计算,并对两种结构的振动模式进行了指认.     

氢气还原法合成Pt_(-square)/GNs复合物及其对甲醇氧化电催化性能

以氢气为还原剂,合成了高分散性的Pt_(-square)/石墨烯纳米复合物(Pt_(-square)/GNs).采用透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线电子能谱(XPS)及拉曼光谱(Ramam)等对Pt_(-square)/GNs样品进行了分析表征.分析结果表明氧化石墨、氯氩铂酸根离子被氢气彻底还原,特别是Pt前驱物的还原对氧化石墨的还原起原位同步催化作用,所获得的Pt纳米粒子呈现独特的方块状,平均直径为5 nm,均匀分布在石墨烯表面上.采用循环伏安法、计时电流法、CO溶出伏安法等电化学方法研究所合成复合物对甲醇氧化的电催化性能,结果表明相对于Pt/Vulcan XC-72R催化剂和商品化Pt/C催化剂,在碱性介质中Pt_(-square)/GNs对甲醇氧化表现出更高的电化学活性(680 m A·mg~(-1))、更好的催化剂稳定性及更强的抗CO毒化能力.     

反应磁控溅射法制备的氟化类金刚石薄膜摩擦特性的研究

以高纯石墨做靶、CHF3/Ar为源气体采用磁控溅射法在不同射频功率条件下制备了氟化类金刚石(F-DLC)薄膜.利用原子力显微镜、纳米压痕、拉曼光谱、红外光谱和摩擦磨损测试仪对薄膜的表面形貌、硬度、键态结构以及摩擦学性能作了具体分析.测试结果表明,制备的薄膜整体较均匀致密,表现出了良好的抗磨减摩性能.当射频功率为120W时,薄膜的摩擦因数低至0.41左右.AFM和纳米压痕显示,薄膜摩擦因数受表面粗糙度和硬度影响,但并非成单调对应关系.拉曼和红外透射光谱表明,随着功率的增加,薄膜中的芳香环比例增加,sp3杂化含量减小,结果显示,CF2反振动强度的减弱和C—C链中较少量H原子的键入都可能得到相对较低的薄膜摩擦因数.     

β-Ga2O3的高压原位拉曼光谱

利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置产生高压, 在0~23.4 GPa研究β相氧化镓（β-Ga₂O₃）晶体高压原位拉曼光谱. 根据高压拉曼光谱的实验数据, 给出了β-Ga₂O₃晶体拉曼振动频率与压力的关系, 并将外振动谱线144 cm^-1归属于平移模, 169 cm^-1归属于转动模. 在18 GPa附近, 发现两个新的拉曼峰232 cm^-1和483 cm^-1, 由这两个峰的强度随压力的升高逐渐增强可知, β-Ga₂O₃晶体发生了压力导致的结构相变.      

铜基石墨烯的CVD法制备工艺参数研究

采用乙炔作为碳源,分析了碳源浓度、生长时间等参数对铜基石墨烯成核密度、生长速率及单层覆盖率的影响,通过热氧化法系统展示了石墨烯形核、长大、生长结束的全过程.研究发现;碳源浓度较小时成核密度较低,所得石墨烯晶粒更大,但单个多层点的面积较大,且多以双层为主;在石墨烯生长过程中,氢气既可辅助碳氢化合物分解,同时也会刻蚀部分成核点,从而促进石墨烯质量的提高;基于单层率与晶粒尺寸之间的平衡,采用乙炔与氢氩混合气(体积比为1∶9)流速比为5∶100作为生长石墨烯的气体工艺参数,获得了透过率约为97.1%,缺陷较少且以单层为主的大面积石墨烯.