热阴极真空电弧技术沉积的石墨烯掺杂氧化锌（ZnO:Gr）纳米复合薄膜物理性能测定

摘要： 本研究采用热阴极真空电弧(TVA)技术，重点研究了石墨烯掺杂氧化锌(ZnO:Gr)纳米复合薄膜的生长。将ZnO:Gr纳米复合薄膜沉积在玻璃和硅(Si)基底上，通过干涉仪、紫外-可见分光光度计、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、光致发光(PL)光谱、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM)等多种分析技术，研究了掺杂效应对ZnO:Gr纳米复合薄膜结构、光学及形貌特性的影响。测得沉积在玻璃和Si基底上的ZnO:Gr纳米复合薄膜厚度分别为50 nm和20 nm。XRD图谱中观察到ZnO和碳纳米结构的衍射峰。利用紫外-可见分光光度计和光学干涉仪确定了ZnO:Gr纳米复合薄膜的折射率、反射率、透射率、吸光度及光学带隙曲线。通过光学方法测定玻璃基底上ZnO:Gr纳米复合薄膜的光学带隙为3.15 eV，该结果与PL测量值高度吻合。PL光谱显示397 nm(3.12 eV)处存在紫外(UV)发射峰。拉曼分析表明ZnO:Gr纳米复合薄膜中存在ZnO特征峰以及石墨烯的D峰和2D峰。FTIR光谱用于分析样品化学成分。AFM和FESEM分析显示ZnO:Gr纳米复合薄膜表面光滑平整，呈颗粒状均匀致密结构。由于晶粒尺寸较大，Si基底上ZnO:Gr纳米复合薄膜的电阻率低于玻璃基底沉积样品。因此，ZnO:Gr纳米复合薄膜作为透明导电氧化物(TCO)材料具有良好应用前景。