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等离子体处理对石墨烯(亲水)润湿性能的影响

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-08-03
石墨烯作为一种电学性能优异的电子材料,它的载流子密度可以通过外加电压控制,其载流子迁移率比硅材料高两个数量级。石墨烯纳电子器件的发展非常迅速。机械剥离或化学气相沉积制备的石墨烯样品,层数和形状不统一,需要对它们进行图形化。通常利用氧等离子体轰击石墨烯,使石墨烯中的碳-碳键断裂,碳原子与氧原子反应生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)气体,实现对石墨烯的刻蚀。氧等离子体刻蚀已成为目前图形化石墨烯的主要方法。

等离子体是由离子、电子以及未被电离的中性粒子组成,宏观上呈电中性的电离气体。一般中性粒子的能量在几电子伏特到几十电子伏特之间,它们的能量远低于高能放射性射线,因此等离子体具有破坏某些化学键形成新键而不影响基体的性能等特点。上述特点使得等离子体在石墨烯表面改性方面广泛应用。

等离子体处理前后石墨烯润湿性能变化

为了探究等离子体处理对石墨烯表面湿润性的影响,测量了经过等离子体处理前后石墨烯的接触角变化,实验中等离子体处理前后石墨烯的润湿性利用接触角测量仪测量,通过检测润湿性可以知道石墨烯与液体之间的附着力。对石墨烯润湿性进行分析,我们发现等离子体处理可以明显改变石墨烯表面的接触角。图2-7(a)显示经过等离子体处理30s后,接触角从48°到30°。
石墨烯等离子处理前后水滴角对比
石墨烯等离子处理前后水滴角对比

通过分析得出等离子体处理改变石墨烯润湿性的原因可能有:1)通过等离子体处理改变了石墨烯与基底之间的黏附力;2)清除石墨烯表面上的残留物,使石墨烯润湿性更好;3)清除了亲水性杂质。

石墨烯以其特殊的性能在高性能纳米电子元件、特殊功能材料、FET场效应管、各类传感器、透明导电薄膜、高性能电极及快速充电大容量电池等领域具有巨大的应用潜力。原始的石墨烯是疏水的,等离子体处理使石墨烯吸附了一些含氧官能基团,研究发现氧等离子体相比于氮气和氩气,等离子体改善石墨烯的亲水性性能更佳,处理后的石墨烯可以明显增加与金属电极的接触性。
 

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