核壳式碳纳米洋葱在石墨烯纳米带/石墨烯薄膜上的原位生长机理及其电子传输特性的研究

基本信息
批准号:51772034
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:李新禄
学科分类:
依托单位:重庆大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王荣华,赵奚誉,张石磊,赵昱颉,邓媛元,吴玉洋,陈香羽
关键词:
石墨烯石墨烯纳米带单层石墨烯碳洋葱多壁碳纳米管
结项摘要

Graphene deserves a broad prospect in the practice of microelectronics. The combination of graphene and ferromagnetic nanometals will make graphene possess new phase and new functions due to the introduction of spinning electrons to graphene. At the same time the gate voltage is adjustable for graphene. This has become one of urgent problems to the application of graphene in microelectronics. In order to solve the weak mechanical strength of monolayer graphene and agglomeration, oxidation and losing of ferromagnetic nanoparticles, networked graphene nanoribbons will be used to strengthen the single-layer graphene film by π-π bonds and C-C covalent bonds. And on the above substrate, carbon nano-onions encapsulating nano-Fe、Ni、Co with core-shell structure, respectively, will in-situ grow on the large-area graphene nanoribbons/graphene films by a chemical vapor deposition. The physical loading of ferromagnetic nanoparticles on large area graphene will be realized due to the covalent bonding between carbon onions and graphene films. We will study the synthesis and strengthening effect of large-area single-layer graphene films integrating with networked graphene nanoribbons. And we will also study on the in-situ growth mechanism of carbon nano-onions encapsulating ferromagnetic nanometals with core-shell structure on the surface of graphene nanoribbons/graphene films. Based on applications of Si- and polymer PET-based field effect transistors, the effects and mechanism of carbon nano-onions with core-shell structure on electronic transport properties of graphene films will be investigated and clarified. The project will provide tough experimental proofs to the application of graphene films in flexible and transparent microelectronics.

石墨烯在微电子领域具有广阔的应用前景。纳米铁磁金属与石墨烯的复合有望赋予石墨烯具备自旋属性的新物相和新功能,同时保留门电压的可调性,是石墨烯应用于微电子器件亟待解决的难题之一。针对单层石墨烯的机械强度低以及纳米铁磁金属的易团聚、氧化和脱落等问题,本项目拟采用网络式石墨烯纳米带以π-π键和C-C共价键无缝结合的方式原位增韧石墨烯薄膜,在此基础上以化学气相原位生长的方式分别制备以纳米Fe、Ni、Co为核的核壳式碳纳米洋葱,通过壳层的碳纳米洋葱与石墨烯之间的共价键结合以实现纳米铁磁金属在石墨烯薄膜上的物理负载。研究石墨烯纳米带/石墨烯薄膜的合成工艺和增韧效应,探明核壳式碳纳米洋葱在石墨烯纳米带/石墨烯薄膜上的原位生长机理。以硅基和高聚合物PET基场效应晶体管为应用对象,阐明核壳式碳纳米洋葱的原位生长对石墨烯电子传输性能的影响效应和作用机制,为石墨烯应用于柔性透明微电子器件提供实验依据。

项目摘要

石墨烯在场效应晶体管、薄膜存储器等微电子器件具有广阔的应用前景。纳米铁磁金属与石墨烯薄膜的结合将赋予石墨烯具备自旋属性的新物相和新功能,同时保留门电压的可调特性,这是石墨烯应用于微电子器件亟待解决的难题。.针对单层石墨烯的机械强度低以及纳米铁磁金属的易团聚、氧化和脱落等问题,本项目采用网络式石墨烯纳米带通过化学气相沉积法以无缝结合的方式原位增韧石墨烯薄膜,在此基础上再以化学气相法分别制备了以纳米Fe、Ni、Co为核的核壳式碳纳米洋葱,借助于壳层的碳纳米洋葱与石墨烯之间的共价键结合,从而解决了纳米铁磁金属在石墨烯薄膜上牢固负载的难题。系统研究了核壳式碳纳米洋葱负载于石墨烯纳米带/石墨烯等一系列石墨烯复合材料(简称:铆钉石墨烯)的可控制备工艺,探究了核壳式碳纳米洋葱在石墨烯纳米带/石墨烯在不同碳源氛围下的原位生长机理。借助于铆钉石墨烯的构筑,赋予了单层石墨烯铁磁物相的新功能。以硅基和高聚合物PET基场效应晶体管为应用对象,研究了核壳式碳纳米洋葱的原位生长对石墨烯电子传输行为的影响效应。研究发现,核壳式碳纳米洋葱包裹 Fe 的纳米粒子能够显著增大铆钉石墨烯与金属电极之间的电荷注入,其电子传输长度是空白样的13倍,并且壳层厚度大的碳纳米洋葱能够使得铆钉石墨烯具有p型电子传输行为,并且饱和磁化强度达到8.30 emu/g,为迄今为止在单层石墨烯上发现的最大饱和磁化强度。.本项目将为纳米铁磁金属在大面积石墨烯薄膜上的负载提供了新的思路和作法,赋予石墨烯薄膜具有铁磁物相和自旋属性的新功能,进一步拓宽了石墨烯薄膜的应用领域,为石墨烯薄膜应用于柔性透明晶体管等微电子器件提供了科学依据,具有重要的科学意义和应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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