【摘要】：二維材料在物理、化學(xué)及材料科學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景,在近年來一直占據(jù)著研究的熱點。為了拓寬二維材料研究領(lǐng)域及家族成員,新型二維材料的研發(fā)同樣引起了研究者們的廣泛關(guān)注。新型二維材料的高效制備及光電性質(zhì)研究成為該領(lǐng)域的熱門研究方向。本論文主要利用離子液體對新型二維材料黑磷及銻烯進(jìn)行剝離及修飾,并進(jìn)一步對所得二維材料的光電性質(zhì)進(jìn)行研究。研究工作從二維材料的高效液相制備展開,分別制備了低聚物離子液修飾的黑磷、高聚物離子液鈍化的高穩(wěn)定性黑磷及高聚物離子液高效剝離的銻烯等,并進(jìn)一步研究了這些新型有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料在非線性光學(xué)及光電轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。這篇論文主要包括以下五個部分:1.通過離子液體輔助超聲剝離黑磷,得到了高濃度的黑磷納米片分散液,并將該復(fù)合材料應(yīng)用于非線性光學(xué)器件。利用離子液體與黑磷之間的強(qiáng)相互作用高效剝離黑磷,并使用Z掃描技術(shù)探究了黑磷納米片優(yōu)異的飽和吸收非線性光學(xué)性質(zhì)。進(jìn)一步將該材料應(yīng)用于激光鎖模應(yīng)用中,實現(xiàn)了離子液/黑磷復(fù)合物在2μm波長區(qū)域的鎖模。2.制備了環(huán)境穩(wěn)定的黑磷納米片,并研究了該材料在柔性光電檢測器中的性質(zhì)。利用稀釋的高聚物離子液輔助超聲剝離黑磷,得到了高濃度、高穩(wěn)定性的高聚物離子液/黑磷納米片復(fù)合材料。通過紫外、拉曼、SEM和TEM等監(jiān)測手段,證明了高聚物離子液/黑磷納米復(fù)合材料在溶液、激光和普通空氣環(huán)境下的高穩(wěn)定性。得益于高聚物離子液的高機(jī)械強(qiáng)度和良好的電導(dǎo)性質(zhì),基于該復(fù)合納米材料的柔性光電檢測器顯示出了優(yōu)異的光電探測性質(zhì)。3.制備了高聚物離子液修飾的二維銻烯,并研究了其光電響應(yīng)性質(zhì)。利用高聚物離子液的液相輔助超聲剝離,得到了高濃度的銻烯分散液。通過紫外、拉曼、AFM和TEM等手段,研究了該材料的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。采用電化學(xué)沉積法,在導(dǎo)電玻璃表面得到了均一的銻烯薄膜,并進(jìn)一步探究了該材料在溶劑中的光電響應(yīng)性質(zhì)。4.利用電化學(xué)剝離方法,制備了大片的黑磷納米片、銻氧化物納米片,并研究了這些材料在光電響應(yīng)中的性質(zhì)。探究了電解液種類、濃度以及電壓對納米材料的剝離效果。通過紫外、XRD、拉曼、TEM等手段,對這些材料的結(jié)構(gòu)、元素組成及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了探究,對這些材料的光電響應(yīng)性質(zhì)進(jìn)行了探究。5.制備了一系列非層狀過渡金屬碳化物二維材料,并研究了該系列材料的非線性光學(xué)性質(zhì)。利用該系列非層狀材料的硬度各向異性,我們通過溶劑輔助滑移剝離法得到了對應(yīng)的二維材料。通過紫外、XRD、拉曼、XPS、TEM、AFM和Z掃描等技術(shù),研究了該系列材料的結(jié)構(gòu)形貌及光學(xué)性質(zhì)。該系類材料中二維TiC納米片的非線性飽和吸收性質(zhì)最為突出。進(jìn)一步將該材料應(yīng)用于激光鎖模,并實現(xiàn)了其在1μm和2μm波長區(qū)域的鎖模。
【圖文】：

氧化石墨烯由于其突出的導(dǎo)電性，作為電極應(yīng)[6]。氧化還原石墨烯和 MoS2的薄膜被應(yīng)用于高性能其他二維材料混合制備的薄膜，在柔性金屬離子電效果[8]。作為分子篩，二維 MOF 薄膜展現(xiàn)出超高的材料作為有源層，在太陽能電池和存儲器件中也：二維材料原子的高暴露比，使得該系列材料相對于飾功能化。通常采用元素?fù)诫s、形成缺陷、分子修飾[10]，使得二維材料的性質(zhì)得到調(diào)整優(yōu)化，更利于材料如，通過有機(jī)分子的修飾，石墨烯的帶隙可以被打開。在石墨烯原子結(jié)構(gòu)內(nèi)摻雜 N、S、P 或 B 元素，性的石墨烯展現(xiàn)出高效的電催化性能[12]。其他二維到預(yù)期的性質(zhì)優(yōu)化。材料的分類

s、LDHs、黑磷、銻烯等。非層狀二維材料包括金屬、金屬氧化物和有機(jī)/無機(jī)鈣鈦礦復(fù)合物等。在接下來的章節(jié)中，我們會集中介料家族中的黑磷和銻烯，以及非層狀二維材料的合成方法。磷在 1914 年，，美國科學(xué)家就通過高壓的方法制備獲得了黑磷[15]，黑磷元素的同素異形體是最穩(wěn)定的[16]。隨著黑磷光電性質(zhì)的進(jìn)一步關(guān)于黑磷的研究重新被重視并得到了井噴式的發(fā)展。黑磷擁有厚直接帶隙，在能帶范圍上填補(bǔ)了石墨烯（0eV）和過渡金屬硫化物之間的空白。不同于石墨烯和過渡金屬硫化物，黑磷同時擁有可率和電子開關(guān)比。這些優(yōu)異的性質(zhì)賦予了黑磷在光電應(yīng)用領(lǐng)域不可力。2.1 黑磷的性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB33

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本文編號：2643247