阴离子掺杂石墨烯的制备与表征文献综述

 2021-09-25 01:14:14

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自2004年石墨烯(Graphene)被以机械剥离的方法制备并被揭示出独特的物性以来， 世界上物理、化学、材料、电子以及工程领域的科学家都对其投注了巨大的研究兴趣。

其研究发起者安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫也因其开创性的工作获得了 2010 年诺贝尔物理学奖[1]。

石墨烯是一种由单层碳原子组成的平面二维结构，与石墨类似， 碳原子 4 个价电子中的 3 个以 sp2杂化[2]的形式与最近邻三个碳原子形成平面正六边形连接的蜂巢结构， 另一个垂直于碳原子平面的σz轨道电子在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大 π 键。

这种二元化的电子价键结构决定了石墨烯独特而丰富的性能: Sp2键有高的强度和稳定性， 这使其组成的平面六角晶格有极高的强度和热[3]， 实验测得石墨烯的杨氏模量可达近 1 TPa、热导率可达 3000 Wm-1K-1， 金与刚石十分接近; 另一方面， 晶格平面两侧高度巡游的大 π 键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性， 表现出良好的导电性、极高的电子迁移率(2。

5105cm2V-1s-1)[4]、宽频的光吸收和非线性光学性质， 以及室温下的量子霍尔效应等[5]。

这些优异的性能使石墨烯在太阳能电池、触摸屏、场效应晶体管、高频器件、自旋器件、场发射材料、灵敏传感器、高性能电池和超级电容、微纳机电器件及复合材料诸多领域都有潜在应用[6]。

但是， 本征石墨烯零带隙的特点[7]也给其在电子器件领域的应用带来了困难， 如漏电流大、开关比低等; 同时获得p 型和n 型石墨烯也是其应用于电子信息器件的必要条件。

因此对石墨烯可控的进行掺杂和能带调控具有极大挑战， 成为国际上研究的热点[8]。

石墨烯的p型和n型掺杂调控对于石墨烯基功能器件的构筑至关重要。

近年来， 随着化学气相沉积(CVD)石墨烯技术的发展和广泛应用， CVD 石墨烯掺杂技术及相应性能调控的研究也取得了极大进展。

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