功能化氧化石墨烯量子点的制备与光电性质研究

• 作 者: 张倩
• 出 处: 云南大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 氧化石墨烯 掺杂改性 量子点 光电探测器 Hummers法

光作为最重要的信息载体之一,目前光信息反馈应用中最为广泛的电子器件就是光电探测器。纳米技术的快速发展为突破传统的光电探测器材料瓶颈提供了新的技术和手段,而近年来碳材料的研究前所未有的炙热,也取得了很大突破和进展。然而,现有的光电探测材料仍然面临着诸多问题,比如性能调控方式有限、资源稀缺等。本文采用Hummers法制备了氧化石墨烯,并进一步用水热反应分别制备了氢溴酸,盐酸,氢氟酸功能化氧化石墨烯。用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜能谱仪(EDS)、X射线衍射分析仪(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外可见-红外(UV-Vis-NIR)吸收光谱、荧光光谱(PL-PLE)、拉曼(Raman)光谱以及Keithley2400测试系统对制备的氧化石墨烯和溴掺杂氧化石墨烯材料与器件进行了表征测试与分析研究。研究内容及主要结果如下:1.使用鳞片石墨为碳源,硫酸为溶剂介质、高锰酸钾,硝酸钠作为氧化剂,经过冰浴阶段,35℃中温阶段,60℃高温阶段三个阶段的逐步氧化,使氧化剂插入石墨片层间将石墨片层间距增大的同时,在氧化石墨上形成羟基,羧基,酮等含氧官能团。制备得到了厚度为0.8纳米,横向尺寸十几个微米的单层氧化石墨烯,并且可控制其层数和氧化程度。2.以氢溴酸,盐酸,氢氟酸和GO为原料用水热反应分别制备出功能化氧化石墨烯量子点,对其分别进行结构及光电性能研究。3.用喷墨打印的方式研究了GO的分散性,粘附性,并且进一步用旋涂的方式对GO成膜进行了研究。加大功率并且延长超声时间制备的GO打印墨水表现出更好的分散性和粘附性,打印的图形更完整,出墨更均匀。此外用更直观便捷的旋涂研究GO成膜,发现GO水溶液不管在硅片沉底还是石英衬底上,经过一次旋涂就可形成致密连续的薄膜。4.制备了简易的叉指电极器件对GO的光电转化性能进行了初步研究。结果表明,GO在近红外光850nm的光源下,光功率密度为0.672 mW/cm2时,响应率达到最大,数值可达8911.45 A/W,光功率密度为0.109 mW/cm2时,D*最高可接近5.7×1014 Jones。5.制备了简易的叉指电极器件对Br-GO量子点的光电转化性能进行了初步研究。发现较之850nm的近红外光,365nm近紫外光源照射下所计算的响应率R和比探测率D*均有所提高,响应率升高了近6倍,而探测率提高了近一个数量级。