氧化石墨烯與石墨烯耦合產生可調變波長之電漿雷射研究

Abstract

由於表面電漿現象為一種強烈的侷域現象，可以將電子維持在小範圍內做集體共振，有辦法將電磁波原有的尺度限制到更小的範圍，達到奈米尺度或是次波長範圍；而石墨烯由於其特殊能帶結構，也被觀察到有表面電漿現象的發生，而另一方面，氧化石墨烯由於在氧化過程中受到氧化劑影響，會使得完整的蜂巢狀結構受到破壞，造成sp2團簇(cluster)減少，能隙產生變化，因此可以造成光致發光； 在本實驗中利用電化學剝離法(electrochemical exfoliation)製備石墨烯(G)，並嘗試以不同的參數去改變所製備的石墨稀品質，再以Hummers method法製備氧化石墨烯(GO)，在氧化過程中我們添加不同的氧化劑含量來改變氧化程度；在成?的製備了G與GO之後，我們使用噴塗系統來分別的噴塗上石墨烯與氧化石墨烯，之後再去做進一步的分析。 由電化學剝離實驗的結果，改變第一階段偏壓的時間，對於石墨烯尺寸可以達到小一點的碎片，但是拉曼上來看比值變化並不大，而在溶液中不同的位置的懸浮粉末，我們可以得到越上層的粉末所受到的破壞是越大的，而這結果是與拉曼光譜相符，當我們改變電解液濃度的時候，低濃度得到的是較小片的石墨烯片，而高濃度的得到較大片的結構，而在大片石墨烯上可以見到透明皺褶，但是在溶液狀態下我們無法控制到底如何精確的去剝離。 而氧化石墨烯的結果，可以看見隨著加入過錳酸鉀氧的量增加，氧化石墨烯的2D band逐漸的減少，而D band持續的上升，這表示了石墨片在氧化過程中受到了劇烈的破壞-石墨結構的破壞與氧官能基的生成，並造成了GO表面性質由疏水性轉為親水性；但是我們預計藉由改變過錳酸鉀的含量來改變氧的含量，從實驗結果來看，改變的幅度並沒有特別大，這原因是在製備GO的同時有兩種氧化劑加入-過錳酸鉀與硝酸鈉，其中硝酸鈉的作用是做為預氧化劑，目前對於GO的精確反應機制依然在討論之中，所以為了精確的控製氧化程度，未來將會嘗試只加入過錳酸鉀反應。 而最後我們使用噴塗系統來將G與GO耦合在一起，從光學顯微鏡的圖中來看，可以見到G的周圍圍繞著GO，只有在噴塗過厚的情況下，GO才會附著在石墨烯上，而我們原先假設GO可以直接噴塗在G的表面，由於兩著表面性質的不同，才造成了GO圍繞著G；我們也比較了G與GO還有混合後的光致發光性質，並藉由算式得到了耦合後的品質因子(Quality factor Q factor)，其中Q factor最好的是自製G與GO-0 5的組合，可以達到10，但是跟其他材料的表面電漿雷射相比，數值是相對低的，也顯示出我們仍有相當大的進步空間。 從理論上來說，利用G的表面電漿現象，可以有效侷限電磁波到次波長範圍，且表面電漿共振可以當作一個百分之百反射的共振腔，對於雷射的應用是非常有前景的。

Date of Award	2014 Aug 18
Original language	Chinese
Supervisor	Jyh-Ming Ting (Supervisor)