基于同步辐射原位技术研究一氧化石墨烯的生长机制

Graphene monoxide (GMO), a recently proposed new type semiconductor material, has been one of the hottest research points for several years. Unlike the metal-like graphene, this material shows the semiconducting band gap, which is promising for graphene-based electronic devices applications. However, the understanding for this GMO material is still lack, the deeper investigations for the atomic rearrangement process on the surface/interface, the internal microstructure and the electronic states are desirable from both the theoretic and experimental aspects. The current project aims to prepare GMO material by the ways of normal chemical method and epitaxial technique in UHV condition. The effect of preparation conditions(flux, annealed temperature, etc.) on the quality of the material will be systematically investigated. After parameters optimization, GMO with high quality should be expected. Furthermore, combined with the synchrotron radiation-based in-situ techniques, the surface/interface reaction process during the GMO preparation at the intial stage will be examined, the intrinsic physical/chemical mechanism for the GMO formation will be systematically revealled. The operation of this project will provide both the theoretical and experimentaldirections for the design and fabrication of the graphene-based electronic devices.

一氧化石墨烯(GMO)作为近期被发现的一种新型半导体材料成为了近几年的研究热点。它具有石墨烯所不具备的半导体带隙，在石墨烯基电子器件应用方面有着广阔的发展前景。但是到目前为止，人们对这种GMO半导体材料的认识还不够深入，其表界面的原子和化学键的重组过程、内部微观结构和电子态信息还需要从理论和实验上进行更多的探索。本课题拟采用化学法和超高真空外延两种方法制备一氧化石墨烯，探索各种生长条件（束流和退火温度等）对一氧化石墨烯质量的影响，优化生长工艺条件，得到高质量的GMO材料。同时结合同步辐射原位表征技术，研究一氧化石墨烯在初始形成阶段的表界面反应过程，揭示一氧化石墨烯形成的微观物理化学机制。本项目的研究将为石墨烯基器件的设计和制作，提供理论和实验依据。

一氧化石墨烯作为一种新型的半导体材料，在电子电路方面具有广泛的应用前景。本课题以石墨烯和氧化石墨烯为起点材料，细致研究石墨烯氧化和氧化石墨烯还原过程，深入探究一氧化石墨烯的内部形成机制。本项目首先采用化学法合成高质量的石墨烯和氧化石墨烯材料。研究了氧化石墨烯在真空、氩气和氢气环境下的还原过程，探究了时间、温度等实验参数对样品质量的影响。利用容性耦合等离子体实验装置,进行石墨烯氧化过程研究，具体探究了功率、时间对材料形成的影响。本项目还采用分子束外延方法探究在不同衬底进行石墨烯制备，并将不同衬底上制备的石墨烯材料放入真空室，通入氧气进行退火处理，研究实验参数与样品质量之间的关联。尝试在SiC衬底上直接外延一氧化石墨烯材料，调控C和O束流，利用反射高能电子衍射原位研究不同衬底温度下衬底表面变化过程。利用各种实验技术，特别是同步辐射实验技术对合成的材料进行了表征，揭示一氧化石墨烯的形成机理。此外，为进一步拓宽石墨烯基材料的应用，考虑将石墨烯基材料与其它微纳米材料复合，开展了多种常见微纳米材料的合成及性能研究等方面的工作。本课题组合成具有棒状结构的FeCO3/CoCO3微纳米复合材料，吸波测试结果显示最大反射损耗峰达到-31.86dB；通过控制实验参数获得具有较高发光性能的梅花状结构的LaCO3OH材料；制备了球中球结构的CuO半导体材料，并发现其在可见光下能有效的去除有机污染物罗丹明B；合成了微/纳米分级结构Ag/Cu2O复合材料，其在去除污染水中有机物具有很好的应用前景。本项目的研究有利于石墨烯基材料的广泛应用。