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金属纳米线的批量制备及微纳米器件构筑研究

作　者: 李乐
导　师: 胡平安
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理化学
关键词: 器件构筑金属纳米线单壁碳纳米管还原氧化石墨烯聚3-己基噻吩
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

微纳器件由于尺寸的缩小，性能相应提高，器件的制造成本也得到降低，因此应用范围越来越广。在微纳器件领域，单壁碳纳米管和聚3-己基噻吩(P3HT)器件由于其优异的电学性能成为了构筑未来电子器件的理想材料。但如何低成本、大批量制备高性能的微纳电子器件是一项具有挑战性的研究课题。目前传统加工方法如光刻等技术存在一些问题,成本较高,步骤繁琐,对环境、温度等加工条件要求苛刻，不能达到低成本、大批量制备器件的要求。为解决器件的批量构筑问题，本文研究了毛细微模塑法（MIMIC）与纳米印刷法，成功发展了一种操作简单的批量构筑器件的微纳加工技术，批量制备了碳纳米管为半导体、还原氧化石墨烯为电极的高性能器件及聚3-己基噻吩为半导体、还原氧化石墨烯为电极的薄膜器件。本文中采用了还原氧化石墨烯作为电极材料，由于与碳纳米管及P3HT有机分子具有相似的结构，降低了器件的接触电阻，器件性能更加优异。本文中，半导体性的碳纳米管场效应晶体管（FET）器件开关比在105左右，迁移率范围102-104 cm2/ V·s，亚阈值摆幅小至1.2V，电学特性曲线受纳米管性质、排列方式、BD(breakdown)次数等因素的影响。聚3-己基噻吩构筑的薄膜器件电学参数呈现晶体管特性，开关比可达到103，迁移率范围10-3-100 cm2/V·s，且器件性能对空气、光照等因素十分敏感。为提高通过化学法制备的还原氧化石墨烯电极的导电性能，本文制备了具有较好的导电性能的还原氧化石墨烯/金属纳米线复合材料。本文利用溶液法可批量制备金属纳米线，期望达到工业应用的要求。且纳米级的金属表现出熔沸点降低、易加工的特点，与还原氧化石墨烯形成复合材料，既能实现低接触电阻的目的，也可有效改善电极的导电性能。这为以后利用铜纳米线和还原氧化石墨烯的复合材料共同构筑器件奠定了基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题的目的和意义  9-10
  1.2 碳纳米管场效应晶体管  10-11
    1.2.1 碳纳米管结构特征  10
    1.2.2 碳纳米管场效应晶体管  10-11
    1.2.3 存在的问题及解决方案  11
  1.3 有机薄膜场效应晶体管  11-13
    1.3.1 有机半导体材料  11-12
    1.3.2 有机薄膜场效应晶体管  12-13
  1.4 器件构筑方法  13-15
  1.5 电极材料的选用  15-17
    1.5.1 还原氧化石墨烯电极  15-16
    1.5.2 还原氧化石墨烯与金属纳米线的复合材料  16-17
  1.6 本课题主要研究内容  17-18
第2章实验材料与方法  18-21
  2.1 实验所用试剂及仪器  18-19
    2.1.1 试剂  18-19
    2.1.2 仪器设备  19
  2.2 实验方法  19-21
    2.2.1 光学显微镜分析  19-20
    2.2.2 扫描电镜分析  20
    2.2.3 透射电镜分析  20
    2.2.4 电学测试  20-21
第3章金属纳米线的批量制备  21-33
  3.1 引言  21-22
  3.2 铜纳米线  22-30
    3.2.1 铜纳米线制备原理  22-23
    3.2.2 实验步骤  23
    3.2.3 反应物量的确定  23-26
    3.2.4 表面活性剂对铜分散的作用  26-28
    3.2.5 实验结果表征  28-30
  3.3 金纳米线的制备  30-32
    3.3.1 实验机理  30
    3.3.2 实验步骤  30-31
    3.3.3 实验结果表征  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章碳纳米管器件的批量制备  33-51
  4.1 碳纳米管溶液的制备  33-34
    4.1.1 十二烷基硫酸钠分散剂  33
    4.1.2 N-甲基吡咯烷酮(NMP) 分散剂  33-34
  4.2 毛细铸模法排列碳纳米管  34-37
    4.2.1 毛细铸模法原理  34-35
    4.2.2 碳纳米管毛细铸模法制备过程  35
    4.2.3 碳纳米管微通道表征  35-37
  4.3 纳米印刷技术制备还原氧化石墨烯电极  37-39
    4.3.1 操作步骤  38
    4.3.2 压印图形表征  38-39
    4.3.3 器件构成表征  39
  4.4 碳纳米管器件电学测试  39-48
    4.4.1 金属性碳纳米管器件  41-42
    4.4.2 半导体性碳纳米管器件  42-43
    4.4.3 混合型纳米管器件  43-44
    4.4.4 BD 对电学性能的影响  44-46
    4.4.5 分散剂的影响  46-48
  4.5 直接滴加法制备碳纳米管薄膜器件  48-50
    4.5.1 实验过程  48
    4.5.2 电学性能测试  48-49
    4.5.3 分散剂的影响  49-50
  4.7 本章小结  50-51
第5章 P 3 HT 薄膜场效应晶体管的批量制备  51-56
  5.1 引言  51
  5.2 实验过程  51-52
  5.3 电学测试  52-54
    5.3.1 器件电学性能  52-53
    5.3.2 光照对器件电学性能的影响  53-54
  5.4 本章小结  54-56
第6章金属纳米线与还原氧化石墨烯的复合材料  56-60
  6.1 引言  56
  6.2 实验过程  56
  6.3 还原氧化石墨烯薄膜  56-58
  6.4 金属纳米线与还原氧化石墨烯复合材料薄膜  58-59
  6.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-68
致谢  68

金属纳米线的批量制备及微纳米器件构筑研究

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