광전자 소자용 그래핀/PMMA 필름의 유전 특성, 테라헤르츠(THz) 특성, 광학적 특성 및 구조적 평가 연구

바크르, 아흐메드 M., 압델파타흐 다르위시, A. A. 아자브, 아미르 엘즈와위.

초록

본 연구는 실현 가능한 접근법을 통해 그래핀의 양을 줄여 PMMA에 도핑하는 방법을 제시한다. 형성된 구조는 XRD, SEM, EDX, UV, FTIR, 라만 분광법, THz 및 유전율 분석을 통해 종합적으로 조사되었다. XRD 결과, 그래핀이 도입됨에 따라 가장 특징적인 피크가 약간 증가하는 비결정질 유사 구조의 통합이 관찰되었다. XRD 분석 결과, 그래핀이 고분자 네트워크에 성공적으로 도입되었으며, 이에 따른 결정립 크기는 약 25 nm인 것으로 나타났다. SEM을 통한 형태학적 분석은 고분자 매트릭스 내 그래핀의 양호한 분산 상태를 보여준다. EDX 원소 분석 결과, PMMA 분자 구조와 일치하는 탄소와 산소의 균형 잡힌 함량이 확인되었다. FTIR 분광 분석은 PMMA의 명백한 밴드를 밝혀내어 상호작용의 발생과 분광학적 변화를 입증한다. 광학적 결과에서 그래핀 함량이 가장 높은 경우 에너지 밴드갭이 4에서 3.5로 감소하는 것이 관찰되었으며, 이는 구조 내에 더 많은 에너지 준위가 도입되었기 때문으로 해석된다. 라만 분광법 분석 결과,_ID/IG 비율이 1에 가까워 구조 내의 변형 및 결함이 적음을 나타냈다. THz 펄스는 필름을 통과한 후 시간 지연이 관찰되었으며, 이는 THz 펄스에 포함된 THz 파동의 위상 변이와 관련이 있다. 유전체 연구 결과, 전도도와 유전율이 증가한 것으로 나타났다. 특히, 70°C에서 유전 손실(ε″)과 유전율(ε′)은 각각 10과 20에 도달했다. 본질적으로, (−10–70 °C) 범위 내에서 온도 상승에 따라 유전 매개변수 간에 직접적인 비례 관계가 관찰되었다. 연구 결과는 제조된 복합 재료가 광전자공학 및 나노기술 분야의 잠재적 응용에 적합함을 입증했다.

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