关键词： 新型互连材料   石墨烯   等离子体化学气相沉积   衬底偏压   电导率   热应力  

摘要： 随着后端互连间距和横截面积的持续减小,Cu面临着电阻率、电迁移和RC延迟等挑战.石墨烯覆盖Cu后形成的复合材料(Cu-Gr),可以显著降低Cu线电阻率,提高其电流密度与抗电迁移性能,能有效应对当前纯Cu互连所面临的挑战.本文首先采用物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)制备了100 nm厚的Cu膜,并通过Ar+射频清洗改善了其表面能.然后利用等离子体化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)在Cu表面沉积石墨烯,通过调节衬底偏压至75 V,最终在Cu表面沉积出了具有低缺陷密度、较高平整度的少层石墨烯结构的碳薄膜.随后,对Cu-Gr进行了350℃热退火处理来改善其导电性能.结果表明,热退火处理前,在75 V衬底偏压下Cu-Gr的电导率最高,相比较热退火前的Cu,其电导率提升12.64%.热退火处理后,在50 V衬底偏压下Cu-Gr的电导率最高,相比较热退火后的Cu,其电导率提升12.75%.此外,ANSYS有限元分析表明将Cu-Gr应用于超大规模集成电路(very large scale integration circuit,VLSI)互连结构中,在通孔附近的等效热应力最高,其值为35.8 MPa.上层Cu-Gr互连位置等效弹性应变最大,其值为1.1×10^(-4).

关键词： 锌离子电池   V_(2)O_(5)   石墨烯   复合材料   正极  

摘要： 采用溶胶凝胶法结合冷冻干燥技术制备V_(2)O_(5)·nH_(2)O与石墨烯的复合材料,利用场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了复合材料的表面形貌和晶体结构,循环伏安和充放电测试研究了该复合材料作为锌离子电池正极材料的储锌性能。结果表明,该复合材料结晶性良好,具有二维的片形貌;在不同的放电制度下,复合材料具有更高的放电比容量,倍率性能更优;复合材料峰电位之差较小,具有赝电容行为,说明其具有良好的可逆性和循环稳定性。

关键词： 石墨烯-TiO_(2)复合传感器   铅离子监测   性能评估   交通工具维修废水  

摘要： 探讨了石墨烯-TiO_(2)复合传感器在交通工具维修废水中铅离子(Pb^(2+))监测的应用效果。通过灵敏度、选择性、稳定性、线性范围、重复性和再现性、响应恢复时间以及环境适应性测试等方面对传感器的性能进行了评估。实验结果表明,传感器在0.005~50mg/L范围内具有高灵敏度和良好的线性响应,检测限约为0.005mg/L。传感器对铅离子的选择性显著高于其他金属离子,且在长期使用中表现出优异的稳定性。传感器的响应时间和恢复时间均较短,适合连续监测需求。在不同温度和湿度条件下,传感器的性能稳定,显示出良好的环境适应性。研究结论可为石墨烯基复合材料在水质监测中的应用提供理论基础。

关键词： 涡轮叶片   振动特性   石墨烯   有限元分析  

摘要： 为了保证涡轮叶片在苛刻的环境下安全运转,在叶片表面涂敷防护涂层以改善其振动性能。在涡轮叶片中加入石墨烯和各向异性材料参数的NiCrAlY,以改善涡轮叶片的振动特性。基于ANSYS Workbench有限元仿真软件,分别对有无石墨烯增强的涡轮叶片进行模态和谐响应分析,对比二者的固有频率和位移响应。同时绘制坎贝尔图,分析在不同转速下叶片的共振影响。结果表明:添加石墨烯后,涡轮叶片的振幅响应峰值降低,共振点减少,共振发生的可能性降低,加入石墨烯可以改善涡轮叶片的振动特性。

关键词： 光电子学   自发辐射   传输矩阵   核壳结构   石墨烯  

摘要： 为了研究含石墨烯的核壳结构的光散射特性,特别是电场分布、能量密度以及辐射/非辐射衰减率等,采用传输矩阵法计算了入射光波长和偶极子发射器位置对Au@SiO2@Graphene自发辐射的影响。当内核尺寸和壳层厚度不变时,随着中间介质层Si O2厚度的增加,该核壳结构近场区的Purcell因子增大;核壳结构中Purcell因子随偶极子发射器与球体中心间距的增加而减小,实现了对自发辐射的调控;通过优化石墨烯核壳的结构参数,实现了在可见光范围内, Purcell因子的最大值出现在约633 nm处;在介质层厚度固定时,增加模型的半径会导致Purcell因子的减小;改变模型尺寸参数,可以有效强化含石墨烯的核壳结构与光波之间的相互作用。本研究可为太阳能光热领域提供参考。

关键词： 柔性应变传感器   石墨烯   碳纳米管   刮涂法   灵敏度  

摘要： 针对柔性应变传感器的稳定性差、灵敏度低等问题,课题组研究采用石墨烯(graphene, GR)和碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)作为导电层,聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)作为基底,利用刮涂法制备了一种三明治型的柔性应变传感器。研究过程中,在导电材料质量分数为4%,石墨烯与碳纳米管质量比为3∶2的条件下,通过拉伸试验机对柔性应变传感器的力学性能、灵敏度和稳定性进行了测试。结果表明:在0~20%应变范围内,传感器具有良好的线性度,应力-应变线性相关系数为0.997 03;在0~20%应变范围内,随着应变的增加,灵敏度保持不变;此外,经过200次拉伸、放缩实验后,传感器仍保持良好的稳定性。

关键词： 银-石墨-石墨烯复合镀层   复合电沉积法   KI体系  

摘要： 变电站内户外高压隔离开关触头表面镀银层磨损和腐蚀问题突出,进而导致电触头发热严重,给电网的安全稳定运行带来了较大的隐患。在无氰化体系下,选用碘化钾(KI)作为电镀银配位剂,通过复合电沉积技术制备了综合性能优良的银-石墨-石墨烯复合镀层。通过结合力试验、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、疏水性试验、接触电阻试验与电化学腐蚀试验等方法,研究了不同石墨添加量对镀层结合力、接触电阻、耐蚀性能及表面形貌的影响规律。研究表明:当石墨烯添加量为2 g·L^(-1)、石墨含量为30 g·L^(-1)时,镀层与基体结合良好,组织致密,粗糙度最低,为0.48μm,接触角和接触电阻适中,分别为98.3°、46.7μΩ,银-石墨-石墨烯复合镀层的综合性能最好。

关键词： 变压器油   石墨烯   掺杂   吸附   CO   CO  

摘要： 一氧化碳（CO）和二氧化碳(CO2)是检测变压器故障的重要特征气体，其组分可以有效反应变压器的运行状态。为实现特征气体的快速精准检测，文中提出一种新型材料硼（B）掺杂氮（N）基石墨烯用于检测变压器油中溶解特征气体CO和CO2的检测方法。结合密度泛函理论（DFT）探究了CO、CO2气体在B掺杂石墨氮（graphitic-N）、吡啶氮（pyridinic-N）和吡咯氮（pyrrolic-N）石墨烯基底上的吸附和活化行为。从理论上探讨B掺杂氮基石墨烯（BN-X/G）在特征气体吸附后的几何结构、电荷密度、电子态密度以及能带结构的变化。结果显示，CO、CO2在B掺杂graphitic-N基石墨烯上的吸附能分别为-0.18 eV和-0.20 eV，与其他掺杂基底具有显著的性能差异，表现出更强的吸附性能。电子局域函数（ELF）构型及Bader电荷结果显示，CO和CO2分别向BN-G/G基底输出0.013 e和0.009 e的电荷转移，加强了特征气体与基底之间的相互作用。态密度（DOS）结果表明，B掺杂提高了N-G/G的p带中心，B与graphitic-N原子之间有明显的轨道杂化现象并形成共价键，促进吸附性能的增强。本研究为变压器油中溶解性特征气体在杂原子掺杂石墨烯材料的吸附机理及气体传感器的理性设计提供参考。

关键词： 石墨烯   尺寸   水泥基材料   工作性能   力学性能  

摘要： 采用4种不同尺寸的石墨烯（Peeling Graphene, PG1、PG2、PG3、PG4）制备了石墨烯水泥基材料，并研究石墨烯尺寸对水泥基材料水化性能、力学性能的影响。试验结果表明：石墨烯的掺入提高了水泥的水化速度，降低了水泥浆体的流动性，其中小尺寸的石墨烯效果最为明显；力学性能方面，小尺寸的石墨烯对抗压强度提高有利，大尺寸的石墨烯对抗折强度的提高有利。通过X射线衍射仪（X-Ray diffractometer, XRD）及扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）分析可知，掺入4种石墨烯均未改变水泥水化产物的种类，但能够有效地细化水化产物氢氧化钙（CH）晶体的尺寸，提高水泥基体的密实度，石墨烯尺寸越小，对CH晶体的细化效果越明显。

关键词： 芬顿法   氧化石墨烯   缺陷   多层   环境友好  

摘要： 氧化石墨烯是石墨烯规模化生产的前驱体。在50℃、pH为3的条件下，采用亚铁离子催化的芬顿反应氧化鳞片石墨，中间补加2次亚铁离子、反应25 h后，通过超声剥离得到氧化石墨烯，其碳收率可达12.3%。光学显微镜观察发现，所制备的氧化石墨烯表面有少量氧化铁及石墨颗粒，导致纯度降低。通过原子力显微镜、透射电镜、红外光谱、拉曼光谱对产品进行测试和表征，确定了产品是层数约为3的二维材料，表面含有羧基、羟基、醚键等官能团，符合氧化石墨烯的特征；ID/IG值为0.37，远低于改进Hummers法所制氧化石墨烯的ID/IG值1.01，表明本产品的表面缺陷较少，品质较高。与改进Hummers法相比，本法的制备条件温和、制备时间短、污染程度弱。