1.3氧化锆纳米晶体的制备方法

纳米材料颗粒的制备方法包括物理和化学两个大类。常见的物理制备方法有蒸发-冷凝法、溅射法、液态金属离子源法、机械合金法、超声膨胀法等。但是物理方法多被应用于合成单质、合金的纳米颗粒，一般不会使用物理方法来制备纳米晶氧化锆。氧化锆纳米晶体的制备方法近年来已经逐渐变得系统完善，其中发展比较成熟的有醇盐水解法、溶胶-凝胶法等。传统的溶胶-凝胶法方法简单、成本低下，利用锆醇盐或锆盐[21-23]的水解和缩聚反应来制备氧化锆纳米颗粒。但是这样的反应有一个问题，就是反应速率容易过快，而且要控制反应的工艺条件较为复杂，从而容易形成团聚的和无定性颗粒，不易均匀分散。一种解决方法就是使用亲质子的化学添加剂，比如羧酸，来调节反应[24]。采用醇盐水解法能够得到分散均匀、基本无团聚的超细氧化锆粉末，但是醇盐的价格昂贵，原料来源困难，采用这种方法制备氧化锆纳米晶体成本很高。在众多制备方法中，油相热解法操作步骤较为简单，实验条件也比较好控制。本实验中制备纳米氧化锆粉末所采用的即为油相热解法，即把得到的中间产物油酸锆转移至高压反应釜，然后放入干燥箱进行脱水干燥。除了沉淀的工艺条件以外，后续的干燥结晶、煅烧等步骤的环境和操作条件对形成团聚体也都有一定的影响。由于油相热解法的脱水过程是在置于高压反应釜内的悬浮液中进行的，而且反应后制得的粉末并不需要进行煅烧，因此，在实验过程中通过控制沉淀工艺条件和干燥条件，就可能大幅度地减少团聚体的形成，得到疏松或无团聚体的粉末产物。除此之外，油相热解法与其他传统的热分解方法相比，具有反应温度较低、能耗较少的优势，且在掺杂、晶型控制等方面具有一定的优越性。到目前为止，二氧化锆的相稳定方法有物理方法或化学掺杂法两大类。通过使高温相的四方晶型、立方晶型结构发生不可逆的相变，使其结构达到稳定状态，获得在室温下仍然稳定存在的四方或立方晶型二氧化锆。在二氧化锆晶体中掺杂化合价低于四价的碱土金属氧化

物或稀土金属氧化物，如MgO、Y2O3、Sc2O3等，能够使原来的材料固溶稳定。在本课题试验中，采用了油相热解法来制备纳米晶氧化锆粉末。

1.4石墨烯概述

基于光电二极管的机制进行工作的石墨烯晶体管由于其高载流子迁移率，已被作为超高速光电探测器应用于高速光通信。但是，因为石墨烯的弱光吸收（≈2.3%单层石墨烯），探测器的响应度很低（≤6.1mA/W），而且由于石墨烯特殊的电子结构使得它在整个波长范围内具有广泛的吸收，因此不存在波长选择性。不幸的是，石墨烯的零带隙和非常短的电子空穴对寿命（在PS的范围）使其制成的晶体管不能与感光机制一起工作。到目前为止，大多数石墨烯光电探测的开发研究都集中于石墨烯中的光吸收增强、例如利用热电效应、金属表面等离子体光子学、石墨烯等离子体或微腔。直到最近，关于光电导增益的想法——每个入射光子提供多电荷载流子的能力由于用量子点修饰的石墨烯晶体管实现了，这被认为是超灵敏石墨烯光电探测的关键。

石墨烯的理论性能非常优异，电导率非常高，热导率比一般材料都高2个量级，迁移率能达到硅的一百倍以上。如果按照这样的突出性能，石墨烯将会非常容易产业化，能够大批量投入生产。但是，实际上却无法做到这样的程度。实际合成出来的石墨烯在各方面的性能并无法达到理论值。这可能与石墨烯的合成工艺有关，因为CVD法合成的石墨烯一般是多晶的，多晶的石墨烯性能比单晶石墨烯还是差很多的。另一方面，在制备过程中，石墨烯的转移这一步骤对石墨烯的性能影响非常大，不理想的转移方法必然会对石墨烯性能造成大幅度的降低。不过转移过程也是非常复杂的，工作量较为浩大，中间任何一项操作上的失误或粗心都有可能对石墨烯造成了不可逆的损坏。而且石墨烯的清洗也是一项非常繁复的工序，目前现有成熟的各种清洗工艺对于石墨烯而言基本都是失效的。超声清洗的方法对于像硅片这类比较坚硬牢固的基片十分有效。清洗机会产生超声波形成局部真空，使得基片上面的杂质逐渐震动脱落。然而超声清洗有一个要求，衬底基片必须是硬质的，因为坚硬牢固的衬底不会随着超声波变形，这样才能在表面会产生局部真空，就相当于先局部抽真空，然后冲洗，这样重复的过程。超声清洗后表面的杂质几乎就能全部脱落了。但是这样的方式对于石墨烯而言是完全不可行的，因为石墨烯非常的柔软，而且质量也很轻，它会随着超声波的运动而运动，石墨烯的运动幅度根本不足以将附着在上面的杂质震落。因此用超声清洗无法将石墨烯完全清洗干净。对于那些接触式清洗，比如擦洗，对于石墨烯来说就更加不可行了。因为石墨烯是一层极薄的薄膜，任何宏观动作都可能对它造成很大的损坏。因此在石墨烯转移过程中需要十分注意对石墨烯的保护，避免污染和破坏，使其制成的光电探测器性能最佳。