【摘 要】
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石墨烯是一种具有二维蜂窝状晶体结构的材料,在电学、光学、热力学等方面展示出出众的性质,使其成为物理学和材料学领域一颗冉冉升起的新星。石墨烯的极高的载流子迁移率、巨
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石墨烯是一种具有二维蜂窝状晶体结构的材料,在电学、光学、热力学等方面展示出出众的性质,使其成为物理学和材料学领域一颗冉冉升起的新星。石墨烯的极高的载流子迁移率、巨大的比表面积、良好的透光性和断裂强度、优于碳纳米管的热导率以及室温下异常量子霍尔效应等等特性,使其在太阳能电池、触摸屏、场效应晶体管、高频器件、自旋器件、传感器、复合材料等等诸多领域具有潜在应用。而这些应用中大部分涉及其电学性质,本征石墨烯零带隙的特性严重限制了其应用,因此打开石墨烯带隙也成为了国际研究热点。本文改变传统着重于对石墨烯产品的修饰思路,直接对石墨烯的前驱体(石墨)进行掺杂改性,得到掺杂石墨,然后利用常见的石墨烯制备方法制备了硼掺杂石墨烯和硼氮共掺杂石墨烯。通过Raman、XPS、XRD、TEM、NMR等手段对制备的掺杂石墨烯进行表征,确定掺杂原子取代了其中的碳原子,制备的石墨烯结晶度高、非必要结构缺陷少,硼掺杂石墨烯中硼含量为0.69 at%,硼氮共掺石墨烯中硼、氮含量分别为0.66 at%、0.40 at%。利用STM研究并结合基于密度泛函理论的第一性原理计算,确定了硼掺杂石墨烯的带隙为0.03 eV,掺杂原子位置出现了晶格畸变。利用磁性研究系统测试表明硼掺杂石墨烯和硼氮共掺杂石墨烯均具有局域顺磁性。
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