研究目的
开发一种简单、绿色、易于规?;揖哂谐杀拘б娴姆椒?,在不锈钢基底上生长本征和氮掺杂垂直石墨烯纳米片(VGNs),用于场发射应用。
研究成果
所开发的方法成功地在粗糙化不锈钢上生长出本征和氮掺杂的垂直石墨烯纳米片(VGNs),具有优异的场发射性能,包括低开启电场、高增强因子和稳定性。该方法为复杂的沉积技术提供了一种绿色、可扩展且经济高效的替代方案,无需额外催化剂即可实现图案化生长。
研究不足
该方法在实现VGNs的高结晶度和石墨化方面可能存在局限性,拉曼光谱中微弱的2D峰即表明了这一点。生长过程依赖于基底粗糙度,光滑表面不利于VGN生长。与气态方法相比,使用固态前驱体可能限制对掺杂水平的控制。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用电阻加热石英管炉,通过加热涂覆在不锈钢基底上的固体前驱体薄膜(葡萄糖和/或尿素)来生长垂直石墨烯纳米片(VGNs)。与等离子体增强化学气相沉积(PECVD)相比,该方法因其简单性、可扩展性和成本效益而被选用。
2:样品选择与数据来源:
使用304不锈钢板作为催化基底。通过碳化硅纸打磨形成图案化区域以实现选择性VGN生长。前驱体溶液通过将葡萄糖、葡萄糖+尿素(1:1重量比)或尿素溶解于去离子水中制备。
3:实验设备与材料清单:
设备包括电阻加热石英管炉、用于涂覆的旋涂仪或刷子、干燥用烘箱、超声波清洗器、原子力显微镜(AFM,MultiMode配NanoScope控制器)、扫描电子显微镜(SEM,MIR A3,TESCAN)、透射电子显微镜(TEM,FEI Tecnai G2 F30)、显微拉曼光谱仪(Jobin-Yvon Horiba HR800)、X射线光电子能谱仪(XPS,Kratos Axis Ultra DLD)以及配备Keithley 248电源的场发射测量装置。材料包括304不锈钢、碳化硅纸、丙酮、乙醇、去离子水、葡萄糖、尿素和氩气。
4:0)、显微拉曼光谱仪(Jobin-Yvon Horiba HR800)、X射线光电子能谱仪(XPS,Kratos Axis Ultra DLD)以及配备Keithley 248电源的场发射测量装置。材料包括304不锈钢、碳化硅纸、丙酮、乙醇、去离子水、葡萄糖、尿素和氩气。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:基底经打磨和超声波清洗后,将前驱体溶液通过旋涂或刷涂方式施加并60°C干燥。涂覆后的基底置于炉中,抽真空至10^-1 Pa,充入氩气至70 kPa,以5°C/min升温至850°C并保持30分钟进行VGN生长。表征手段包括AFM、SEM、TEM、拉曼光谱、XPS和场发射测量。
5:数据分析方法:
利用AFM、SEM和TEM分析形貌与微观结构;通过XPS确定化学成分;采用拉曼光谱评估结晶度与缺陷;场发射性能通过J-E曲线和Fowler-Nordheim方程计算开启电场与增强因子进行评价。
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获取完整内容-
Transmission Electron Microscope
FEI Tecnai G2 F30
FEI
Microstructure analysis of VGNs, including HRTEM and SAED
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X-ray Photoelectron Spectroscope
Kratos Axis Ultra DLD
Kratos
Chemical composition analysis of VGNs and substrates
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Power Source
Keithley 248
Keithley
Field emission measurement, recording J-E curves
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Atomic Force Microscope
MultiMode with NanoScope controller
Not specified
Characterization of surface morphology
-
Scanning Electron Microscope
MIR A3
TESCAN
Imaging of VGN morphology and distribution
-
Micro-Raman Spectroscope
Jobin-Yvon Horiba HR800
Jobin-Yvon Horiba
Analysis of crystallinity and defects in VGNs via Raman spectra
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Resistance-Heating Furnace
Not specified
Not specified
Heating precursor films for VGN growth
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