石墨烯中缺陷的拉曼光谱研究

如何进一步提高石墨烯的电学性能，如载流子迁移率是目前该领域研究的重点。在前期研究的基础上，我们提出了利用拉曼散射探测石墨烯中的微量缺陷，并将其含量与电学性能相对应，验证此类缺陷是否为限制石墨烯迁移率进一步提高的重要因素。本项目拟开展以下几个方面的工作：1.定量地分析不同制备方法获得的石墨烯中缺陷的浓度，并与石墨烯的电学性能相对应。2.通过偏振拉曼散射、共振拉曼散射等手段分析石墨烯中缺陷的种类及来源，并与理论模型相对应。3.通过煺火及再生长等手段减少或消除石墨烯中的缺陷，以提高石墨烯的性能。4.通过离子轰击等方式控制石墨烯中的缺陷浓度，研究缺陷间的相互作用受缺陷间距离的影响。经过以上研究，将能进一步加深对石墨烯表面物理结构及电学性能的理解，并能够为石墨烯在未来纳米微电子领域的应用打下基础。因此，该项目具有很强的科学及应用意义。

过去的三年中，围绕着石墨烯等二维材料中缺陷的探测及调控，经过项目组全体成员的共同努力，完成了研究计划任务和预期目标。项目主要研究了石墨烯中缺陷的类型、来源以及缺陷的控制，同时还研究了缺陷对石墨烯荧光淬灭、热传导及光电性能的影响。结合国内外相关领域的研究发展以及我们在二维材料中缺陷的研究基础，我们将研究内容拓展到了另外一种新颖的二维材料-二硫化钼中，通过缺陷调控极大程度的提升了其光学性能。截至目前，在国际重要学术刊物发表SCI论文21篇（其中通讯作者论文12篇），包括2篇ACS Nano, Materials Science and Engineering R(综述), Nano Research, 2篇Applied Physics Letters等。同时，申请国内发明专利3项,授权1项。招收博士后1人，博士生5人，硕士生4人。在本项目的研究基础上，申请者获得了2014年国家自然科学基金“优秀青年科学基金”资助。下面是所取得的主要研究成果：.1、利用拉曼光谱研究不同种类石墨烯中缺陷的产生及缺陷的类型。发现石墨烯在高温时缺陷的产生及类型受石墨烯单晶尺寸的大小，氛围，其本征缺陷浓度以及层间相互作用力影响。还发现氮掺杂石墨烯中的缺陷分布很不均匀，且基本为边界缺陷。.2、研究了石墨烯中缺陷对其荧光淬灭性能的影响。利用量子点的拉曼强度作为定量标准，系统地研究了不同层数的石墨烯，以及氧化石墨烯、还原氧化石墨烯上CdSe量子点的荧光淬灭现象。并利用等离子轰击在石墨烯中引入不同类型的缺陷，实现了石墨烯荧光淬灭效率的大幅调控。.3、研究了石墨烯中杂质和缺陷对其热输运性能的影响。发现在CVD单层石墨烯的转移过程中，使用不同的化学试剂会对其造成不同的影响。发现在石墨烯中引入不同类型的缺陷会对其热传导性能造成巨大影响。.4、研究了石墨烯中缺陷对其光电性能的影响。通过激光改性的方法，逐点的在石墨烯上引入了缺陷及掺杂。光电测试结果显示，改性与非改性石墨烯间形成了p+-p结，并且获得了较高的光电响应。光电响应度与掺杂浓度成正向关联，而缺陷在里面也起到了重要作用。.5、利用缺陷工程调控二硫化钼的光学性质。通过加热褪火以及氧等离子体轰击这两种方法，成功的在二硫化钼中引入了缺陷并获得了氧的化学成键吸附，使其荧光强度提升了近百倍。