【摘要】：隨著集成電路精度不斷提升,器件的發(fā)展也趨向于小型化、高集成度、高存儲密度、快速傳輸、大容量和智能控制,從而對材料的性能和尺寸的要求愈加嚴(yán)格。低維材料由于具有一些獨特的熱學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性能,在光電、生物醫(yī)療和能源等方面有較廣泛的應(yīng)用前景。相比于其他材料,新型層狀鉍基氧硫族低維材料具有出色的高遷移率半導(dǎo)體特性、較好的耐氧化性、比表面積較大等特性在新型光電器件和超級電容方面具有獨特優(yōu)勢。本文分別以硝酸鉍/檸檬酸鉍銨為鉍源,以硫脲為S源,在未添加金屬熔鹽的條件下,采用了溫和的一步水熱法制備了Bi_2O_2S低維材料;以檸檬酸鉍銨為鉍源,以亞硒酸鈉為Se源,在未添加還原劑的條件下,采用了溫和的一步水熱法制備了Bi_2O_2Se低維材料;在此基礎(chǔ)上分別制備了基于Bi_2O_2S和Bi_2O_2Se光電探測器,并研究了其光電性能,最后探索了Bi_2O_2S在超級電容器電極領(lǐng)域中的應(yīng)用。分別以硝酸鉍和檸檬酸鉍銨為鉍源,采用一步水熱法合成Bi_2O_2S納米片的試驗表明:相比于硝酸鉍,以檸檬酸鉍銨為鉍源,當(dāng)?shù)V化劑NaOH濃度為0.95 mol/L,醇水比為1:1,反應(yīng)溫度為200℃,反應(yīng)時間為24 h時,所制備的單晶Bi_2O_2S為規(guī)則的長方形結(jié)構(gòu),且納米片平均尺寸在1.0μm,單片最薄厚度4.6 nm。在不添加任何還原劑下時,采用一步水熱法制備了Bi_2O_2Se低維材料,研究表明,在礦化劑KOH濃度為3.5 mol/L,反應(yīng)溫度為230℃,反應(yīng)時間為24 h的條件下,所制備的Bi_2O_2Se低維材料是單晶結(jié)構(gòu),且具有很好的結(jié)晶性,最薄單片厚度僅為4.7 nm。發(fā)現(xiàn)以檸檬酸鉍銨為鉍源合成Bi_2O_2S材料時,檸檬酸根離子在層間插層,限制了材料沿c軸方向的生長,使得Bi_2O_2S材料可沿二維方向生長成片。基于熱噴涂法制備Bi_2O_2S和Bi_2O_2Se薄膜光電探測器的研究表明,Bi_2O_2S基探測器在532 nm光照下其探測性能最佳;Bi_2O_2Se基探測器在785 nm光照時其探測綜合性能最佳,均表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能。在532 nm的光照射時,Bi_2O_2S基探測器的響應(yīng)時間為81.9 ms,最高響應(yīng)度可達0.059 A/W,最高探測率為6.77×10~9 Jones;在785 nm的光照射時,Bi_2O_2Se基探測器的響應(yīng)時間為78.85 ms,最高響應(yīng)度可達75.14 A/W,最高探測率為3.95×10~122 Jones,表現(xiàn)出較好的光電性能。此外,Bi_2O_2S為超級電容器電極材料的試驗表明,以1 M KOH溶液為電解質(zhì)、在三電極體系測試時,Bi_2O_2S電極具有較高的比電容(902.8 Fg~(-1)),同時保持較好的倍率性能;在摻入適量石墨烯之后,Bi_2O_2S/RGO電極不僅有較高的比電容(826.27 Fg~(-1)),同時顯著地提高了其循環(huán)穩(wěn)定性;在超級電容領(lǐng)域,有較好的應(yīng)用前景。
【圖文】：

圖 1-1 鉍氧硫材料的晶體結(jié)構(gòu)[7]最近，北京大學(xué)的彭海琳課題組成功地采用化學(xué)氣相沉積法合成了一種新型的具有弱層間靜電相互作用的二維材料 Bi2O2Se[8]。該材料在低溫下具有合適的帶隙和超高的霍爾遷移率，更重要的是，即使在空氣中暴露數(shù)月，也能表現(xiàn)出良好的環(huán)境穩(wěn)定性。在合成 BiOSe 片材的啟發(fā)下，，人們還注意到了 BiOT( Bi6O8S5)

圖 1-2 鉍氧硫族材料的幾何結(jié)構(gòu)[13]Bi2O2Se (Bi2O2Te)的晶胞 b）Bi2O2Se (Bi2O2Te)的原始晶胞 c）Bi2O2S 的原始表 1-1 Bi2O2Se，Bi2O2Te 和 Bi2O2S 材料的晶格常數(shù)[13]
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM53;TB34

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本文編號：2710500