研究目的
通过热阴极真空电弧技术沉积的石墨烯掺杂氧化锌纳米复合薄膜的物理性质研究，重点分析其结构、光学及形貌特征，以评估其作为透明导电氧化物的潜在应用。
研究成果
采用热蒸气辅助法沉积的ZnO:Gr纳米复合薄膜在硅衬底上呈现多晶结构，具有更小的带隙（3.15 eV）、光滑的表面形貌以及因较大晶粒尺寸而降低的电阻率。该材料有望作为透明导电氧化物应用于光电子领域。
研究不足
该研究仅限于特定的沉积条件和基底（玻璃与硅），未探索其他参数或材料可能产生的变化。TVA技术在大规模应用或工业场景中的可重复性方面可能存在局限。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用热阴极真空电?。═VA）技术沉积薄膜，该技术无需缓冲气体即可制备纯净、致密且具有纳米结构的薄膜。
2：样品选择与数据来源：
将石墨烯（NANOGRAFI，纯度99.99%，厚度5 nm）和氧化锌粉末（SIGMA ALDRICH，纯度99.99%）压制成片，沉积于玻璃和硅基底上。
3：99%，厚度5 nm）和氧化锌粉末（SIGMA ALDRICH，纯度99%）压制成片，沉积于玻璃和硅基底上。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：配备阴极和阳极的TVA系统、真空腔室、Filmetrics F20测厚仪、Unico紫外-可见分光光度计、Panalytical Empyrean X射线衍射仪、Renishaw inVia拉曼光谱仪、Perkin Elmer 100傅里叶变换红外光谱仪、Perkin-Elmer LS-55光致发光光谱仪、Carl Zeiss Supra 55场发射扫描电子显微镜、Ambios Q-scope原子力显微镜、Fluke 83III万用表。
4：实验流程与操作步骤：
将压片置于钼坩埚中，抽真空至9×10^-5托，通过灯丝电流18A、电压100V、放电电流0.3A产生等离子体，沉积时间270秒。采用XRD、UV-Vis、拉曼、FTIR、PL、FESEM、AFM及电阻率测量分析薄膜。
5：8A、电压100V、放电电流3A产生等离子体，沉积时间270秒。采用XRD、UV-Vis、拉曼、FTIR、PL、FESEM、AFM及电阻率测量分析薄膜。 数据分析方法：
5. 数据分析方法：通过谢乐公式分析XRD数据以获取晶粒尺寸、位错密度和微应变；利用Tauc图确定光学带隙；其他分析遵循标准光谱与显微技术流程。
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X-ray diffractometer
Empryan
Panalytical
Used for microstructural analysis to investigate the crystalline phases and properties of the thin films.
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FTIR spectrometer
100
Perkin Elmer
Used to analyze the chemical composition and bonding in the thin films via Fourier Transform Infrared spectroscopy.
-
PL spectrometer
LS-55
Perkin-Elmer
Used for photoluminescence measurements to determine optical properties and band gap emissions.
-
FESEM
Supra 55
CarlZeiss
Used for high-resolution surface imaging to examine the morphology and distribution of nanoparticles in the thin films.
-
AFM
Q-scope
Ambios
Used for surface characterization in non-contact mode to measure roughness and topography of the thin films.
-
Multimeter
83III
Fluke
Used to measure resistivity of the thin films at room temperature.
-
Graphene
5 nm thickness
NANOGRAFI
Used as a dopant material in the nanocomposite thin films to modify properties such as conductivity and optical characteristics.
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ZnO powder
SIGMA ALDRICH
Base material for the thin film deposition, providing the zinc oxide component of the nanocomposite.
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UV-Vis spectrophotometer
Unico
Used to measure optical transmittance and absorbance of the thin films in the wavelength range of 300–1100 nm.
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Raman spectrometer
inVia
Renishaw
Used to analyze the chemical structure and composition via Raman spectroscopy with a 785 nm laser.
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Thickness measurement apparatus
F20
Filmetrics
Used for in-situ monitoring and measurement of film thickness during deposition.
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