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

Translated title of the thesis: Graphene Coupling with Graphene Oxides Generate Wavelength-tunable Graphene Plasmonic Laser by Controlling Oxidation of Graphene
  • 鍾 曜宇

Student thesis: Master's Thesis

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 Award2014 Aug 18
Original languageChinese
SupervisorJyh-Ming Ting (Supervisor)

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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
曜宇, 鍾. (Author). 2014 Aug 18

Student thesis: Master's Thesis