石墨烯对X射线辐射响应特性及机理研究

Graphene with many superior physical properties is a kind of new nano-material and has acquired a large number of research achievements such as electronics, energy storage, photoelectric detection, etc. Its unique zero band gap structure and ultrahigh mobility indicate that it has extremely strong potential for X-ray wavelengths detection. It is expected to achieve wide spectrum of ultrafast X-ray pulse detection. However, the X-ray detection based on graphene is still virgin, so it is in urgent need of research and development to make it up. This project presents the research of X-ray irradiation characteristic and mechanism for graphene to provide theoretical basis and technological approach for application of X-ray detection based on graphene. The main research contents include: 1 Research on X-ray irradiation characteristics of graphene and device. 2 Research on graphene and X-ray mechanism. 3 Research on the influence factors of graphene X-ray irradiation characteristics. 4 Research on based on the X-ray detector of graphene structure exploration. Applicant’s team has so strong research foundation and carry out a series of innovative research work in graphene preparation technology, photoelectric detector, etc. This project is a new exploration work in the field of space X-ray detection which has important scientific significance and potential applications.

石墨烯是一种具有诸多优越物理特性的新型纳米材料，已在新型电子器件、能量存储、光电探测等方面产生大量研究成果。石墨烯独特的零带隙能带结构、超高的迁移率预示其具有极强的X射线波段探测应用潜力，有望实现超快宽谱X射线脉冲响应探测。然而，基于石墨烯的X射线探测技术研究尚属空白，亟需开展相关研究弥补空白。本项目拟开展石墨烯对X射线辐射响应及机理研究，为基于石墨烯的X射线探测应用研究提供理论基础与技术途径。主要研究内容包括：1. 石墨烯与器件的X射线辐射响应特性研究；2. 石墨烯与X射线作用机理研究；3. 石墨烯对X射线辐射响应特性的影响因素研究；4. 基于石墨烯的X射线探测器结构探索研究。申请人团队在石墨烯材料制备技术、光电探测器等方面开展了一系列创新研究工作，具备雄厚的研究基础。本项目是新型材料X射线探测领域一次全新的探索，具有重要的科学意义与潜在应用价值。

石墨烯是一种具有诸多优越物理特性的新型纳米材料，已在新型电子器件、能量存储、光电探测等方面产生大量研究成果。同时，石墨烯的零带隙能带结构理论上可以吸收任意波长的光，预示其具有优异的X射线波段探测应用潜力，同时石墨烯迁移率极高有望研制出高速探测器。本项目主要从以下四个层面展开研究并取得了相关的成果：1. 探索了CVD法制备及转移石墨烯的工艺，开发激光制备石墨烯的加工技术。2. 建立了石墨烯能带模型，实时测量并分析了石墨烯对X射线的辐射响应特性。3. 制备了石墨烯/硅异质结X射线探测器。利用直流X射线源与脉冲X射线源分别对单层石墨烯/硅探测器、被PMMA覆盖的单层石墨烯/硅探测与激光直写石墨烯/硅探测器进行了辐射响应测试。实验结果显示，基于石墨烯/硅的探测器具有较好的辐射响应特性，通过与传统硅基探测器相比单位面积的辐射响应度高出9倍，响应时间为纳秒级，分析了各种探测器辐射响应性能差异的原因。4. 进行了激光直写石墨烯/硅异质结探测器的总辐射剂量实验，发现较高的X射线剂量辐射下，探测器性能有会有所下降，然而通过老化和烘烤处理后，器件表面被钝化有助于减少电荷陷阱与总辐射剂量对器件性能的影响，探测器在辐射场下的稳定性被显著提升。上述研究成果从材料制备、X射线探测器理论及设计、探测器稳定性分析、全面深入的进行了相关的基础研究，并取得了一系列重要的成果，为石墨烯材料在辐射领域的应用提供基础，有望促进基于石墨烯的辐射探测器技术发展。