【摘要】：銻、鉍基硫?qū)倩衔锸堑湫偷恼瓗栋雽?dǎo)體材料,基于尺寸效應(yīng)其納米結(jié)構(gòu)可顯示出與塊材明顯不同的性質(zhì)。其中,b2S3、Bi2S3和Sb2Se3納米結(jié)構(gòu)因其具有良好的光電性能,將在新一代光電子器件的構(gòu)建和潛在應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。我們首次控制制備出厚度最低可達(dá)2.2nm厚的超薄Bi2S3納米片和直徑低于20nm的超細(xì)Sb2Se3納米線,并利用簡(jiǎn)單滴涂方法將其組裝成高性能柔性光探測(cè)器。同時(shí),還拓展了SbSI微米棒和Sb2Se3超長(zhǎng)納米線的合成途徑,并首次研究了單根SbSI微米棒的光探測(cè)性能和Sb2Se3超長(zhǎng)納米線的光熱響應(yīng)性能,拓展了該類材料的性能和應(yīng)用范圍。本論文的主要研究?jī)?nèi)容概括如下： 1.發(fā)展了一種新的溶劑熱合成方法第一次成功制備了厚度最低達(dá)2.2nm的超薄Bi2S3納米片。為了研究這種類似石墨烯的超薄納米片的光電特性,我們利用所制備的Bi2S3超薄納米片在柔性塑料薄片基底上利用簡(jiǎn)單滴涂方法形成的片-片組裝結(jié)構(gòu),以Au做電極組裝了柔性光探測(cè)器。測(cè)試發(fā)現(xiàn),該器件對(duì)405-780nm波段的光都有非常好的響應(yīng)性能。通過計(jì)算,所組裝的Bi2S3超薄納米片光探測(cè)器的響應(yīng)度可達(dá)4.4AW-1,探測(cè)率達(dá)1011Jones,并且具有非�？斓捻憫�(yīng)速度,其光電流上升時(shí)間約20μs,下降時(shí)間為350μs。器件所表現(xiàn)的光探測(cè)性能優(yōu)于商業(yè)Si探測(cè)器和很多其它二維納米材料光探測(cè)器,另外一系列詳細(xì)的測(cè)試證明該器件具有非常好的機(jī)械穩(wěn)定性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),Bi2S3超薄納米片超高的結(jié)晶度、特殊的器件結(jié)構(gòu)和表面吸附作用是器件實(shí)現(xiàn)較高光探測(cè)性能的重要因素。 2.發(fā)展了一個(gè)簡(jiǎn)單的以有機(jī)金屬源為反應(yīng)前驅(qū)源的溶劑熱合成方法成功的制備了直徑為10-20nm長(zhǎng)度達(dá)30μm的超細(xì)Sb2Se3納米線。以三苯基銻和二芐基二硒為前驅(qū)源,以油胺和PVP為表面活性劑,以無水乙醇為溶劑,通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度在200℃反應(yīng)16h得到了超細(xì)Sb2Se3納米線。另外,我們利用所合成的超細(xì)Sb2Se3納米線首次以PET和普通打印紙為基底,以Cu/Au為電極組裝了Sb2Se3納米線柔性光探測(cè)器。測(cè)試表明,所組裝的柔性光探測(cè)器均具有卓越的光電響應(yīng)性能和良好的機(jī)械穩(wěn)定性。Sb2Se3納米線柔性光探測(cè)器能很好地滿足柔性光電器件在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)低成本、可移動(dòng)性和機(jī)械穩(wěn)定性的要求。 3.發(fā)展了一種快速、溫和的水熱合成方法,利用鹽酸調(diào)節(jié)溶液的酸度,在140℃反應(yīng)4h成功地制備出SbSI微米棒狀晶體。該制備方法成本低、效率高,可適合SbSI晶體的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。通過改變鹽酸濃度調(diào)節(jié)溶液酸度可控制制備出不同形貌和尺寸大小的SbSI晶體。同時(shí),基于所合成的SbSI單根微米棒狀晶體,以Si02/Si為基底用ITO做電極首次組裝了SbSI光探測(cè)器。通過系列測(cè)試發(fā)現(xiàn),該器件具有顯著的光電響應(yīng)性能。其光電流和暗電流的比值可以高達(dá)727并且光電流的上升時(shí)間和下降時(shí)間都在0.3s之內(nèi)。并且計(jì)算得到SbSI光探測(cè)器的探測(cè)能力(D*)和噪聲等效功率分別為2.3×108Jones1.7×10-10W/Hz1/2。 4.在油胺溶劑中,利用三苯基銻和二芐基二硒反應(yīng)32h合成了超長(zhǎng)Sb2Se3納米線。并對(duì)有機(jī)前體的反應(yīng)機(jī)制和Sb2Se3納米線的生長(zhǎng)過程以及各相異生長(zhǎng)特征做了詳細(xì)的研究。研究發(fā)現(xiàn),Sb2Se3固有的原子結(jié)構(gòu)特征是形成其納米線形貌的主要原因,但油胺溶劑在納米線直徑的控制方面起著不可忽視的作用。在油胺溶劑中,Sb2Se3納米線長(zhǎng)度隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增長(zhǎng),在這個(gè)過程中納米線的直徑幾乎沒有改變。對(duì)其光電性能的測(cè)試,證明超長(zhǎng)Sb2Se3納米線光探測(cè)器具有優(yōu)越的光響應(yīng)性能,響應(yīng)時(shí)間達(dá)到了0.14s。另外,我們首次對(duì)Sb2Se3納米線的光熱響應(yīng)進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn),Sb2Se3納米線在320-390nm和400-450nm光下均具有明顯的光熱響應(yīng)而且相同質(zhì)量的Sb2Se3納米線的光熱響應(yīng)比其塊材高出兩倍多。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳棟梁;吳自玉;韋世強(qiáng);;孤立分散在SiO_2基質(zhì)中的半導(dǎo)體InSb納米顆粒界面效應(yīng)的MS-XANES研究[J];高能物理與核物理;2006年05期

2 張艷華;徐桂英;郭志敏;韓菲;王澤;葛昌純;;水熱合成Sb_2Se_3納米線及其對(duì)Bi_2Te_3納米粉末熱電性能的影響[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2010年06期

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本文編號(hào)：2332780