六方氮化硼和石墨的剝離、改性及性能.pdf

1、納米科學技術(shù)作為當代高科技和新興學科發(fā)展的基礎(chǔ)為我國的經(jīng)濟建設(shè)、國防實力、科技發(fā)展乃至整個社會的進步產(chǎn)生了巨大的影響。無機納米材料獨特的幾何形態(tài)和物理化學性質(zhì)從根本上決定了其在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。同時，在納米材料基礎(chǔ)上的摻雜、復(fù)合改性更是擴大了納米材料在實際應(yīng)用領(lǐng)域的研究。六方氮化硼(h-BN)和石墨烯(G)是兩種結(jié)構(gòu)類似的無機納米層狀材料，二者獨特的結(jié)構(gòu)特征使得它們在光電領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。透射電子顯微鏡-掃描隧道顯微鏡(TEM-

2、STM)原位電學性能測量系統(tǒng)是一種集現(xiàn)代電子顯微技術(shù)、微納米加工技術(shù)、器件物理于一體的原位電學性能測試方法。本文選擇六方氮化硼和石墨兩種無機納米材料為研究對象，通過一種改進的液相超聲剝離法對塊體六方氮化硼和石墨進行剝離，制備出少層六方氮化硼納米片和石墨烯，并對產(chǎn)物的形貌和結(jié)構(gòu)進行表征分析。在此基礎(chǔ)上，對六方氮化硼和石墨烯納米材料進行摻雜、復(fù)合改性，提出了少層六方氮化硼納米片的氟摻雜、六方氮化硼復(fù)合材料(六方氮化硼@鉬酸鎳(BN@NiMo

3、O4))和石墨烯復(fù)合材料(石墨烯@氧化錳(G@MnO2)、還原氧化石墨烯@硫化銀(rGO@Ag2S)和還原氧化石墨烯@硫化銅(rGO@Cu7S4))的制備。最后對上述幾種材料的性能進行測試分析，TEM-STM原位電學性能測試發(fā)現(xiàn)氟摻雜的六方氮化硼納米片和石墨烯具有一個良好的電學性能，進一步肯定了這兩種材料在電子器件領(lǐng)域可觀的應(yīng)用前景。同時BN@NiMoO4復(fù)合材料具有優(yōu)異的光學性能，擴展了六方氮化硼作為一種新型光電功能材料在光學器件領(lǐng)域

4、的發(fā)展。本文主要包括以下研究成果:
　　 1.通過改進的液相超聲剝離法將塊體六方氮化硼粉末剝離成少層六方氮化硼納米片，調(diào)節(jié)實驗中的影響因素，找到最佳的實驗方案。然后通過特定的表征手段對少層六方氮化硼納米片的形貌結(jié)構(gòu)進行表征分析。最后的光學性能測試發(fā)現(xiàn)少層六方氮化硼納米片具有一定的熒光發(fā)光特性。
　　 2.首次利用化學溶劑法對少層六方氮化硼納米片進行氟元素摻雜改性，在不同的摻雜對比實驗后找到一種最合理的實驗方案。通過X光電

5、子能譜(XPS)和能量色散X射線譜(EDX)兩種元素分析方法對氟元素進行檢測。使用TEM-STM原位電學性能測量系統(tǒng)測試不同六方氮化硼納米材料的電學性能，結(jié)果表明塊體六方氮化硼粉末顯示絕緣特性，少層六方氮化硼納米片的導電性能在此基礎(chǔ)上有所提高，值得注意的是氟摻雜的六方氮化硼納米片具有良好的半導體性能，這主要是由于六方氮化硼材料的帶隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起的。六方氮化硼材料這一顯著的導電性能的變化肯定了它作為一種新型功能材料在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)

6、用。最后，文中通過高溫固相燒結(jié)法制備了BN@NiMoO4復(fù)合材料，測試發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合材料具有優(yōu)異的發(fā)光性能，為六方氮化硼納米材料在光學器件領(lǐng)域的應(yīng)用提供了實驗依據(jù)。
　　 3.實現(xiàn)了石墨到石墨烯的液相超聲剝離法制備，TEM-STM原位電學性能測試證明了石墨烯具有優(yōu)異的導電性能。在石墨烯成功制備的基礎(chǔ)上，通過不同的方法制備了三種石墨烯復(fù)合材料:(1)采用“納米晶種導向”的水熱法得到了G@MnO2復(fù)合材料;(2)通過熱解法和水熱法制備