【摘要】：2004年人們發(fā)現(xiàn)了單層碳原子的石墨烯結構,從這之后二維半導體材料便成為了一個熱門的科學研究領域。二維半導體材料具有許多其體材料所不具備的優(yōu)異性質,如優(yōu)異的力學性能、超高的比表面積和載流子遷移率等,使得二維材料在電子/光電子、催化、能量存儲和轉換、傳感器等領域都具有極大地應用潛力。但是目前已經發(fā)現(xiàn)的二維材料都存在著一些不足,因此,探索新型具有優(yōu)異半導體性能的二維材料對未來眾多領域的發(fā)展至關重要。本文首先通過Material Studio對α-GeTe晶體進行晶體模型優(yōu)化,利用第一性原理對α-GeTe體材料和單層α-GeTe進行理論計算。模擬和計算結果表明,α-GeTe晶體是一種具有層狀堆疊結構的材料,層間距為3.58?。聲子譜中不存在軟聲子模式,說明單層的α-GeTe可以穩(wěn)定存在。電子結構計算結果表明,α-GeTe體材料是一種間接帶隙的半導體材料且?guī)遁^窄,但是當材料變成單層時,帶隙增大,可達到1.84 eV。介電函數(shù)譜圖顯示單層的α-GeTe在~3.8和~6.3eV處有兩個較寬的吸收峰,對應著材料在紫外光區(qū)的吸收,表明二維的α-GeTe材料具有高效吸收光的能力,并且在光電領域,特別是在紫外光區(qū)擁有良好的應用前景。采用超聲輔助液相剝離的方法,在乙醇為分散溶劑、超聲時間為12 h、離心速度為5000 r的實驗條件下剝離效果最好。通過剝離可以得到少層甚至雙層/單層的α-GeTe納米片,其中單層α-GeTe納米片厚度約為1.6 nm。同時由UV-vis-NIR吸收光譜測得α-GeTe納米片的光學帶隙為1.93 eV,與理論計算較為接近。α-GeTe納米片具有熒光性能且對Fe~(3+)有很強的選擇性,當加入Fe~(3+)時,熒光強度減弱,并且當Fe~(3+)濃度增大時,材料的熒光強度逐漸降低,檢測極限為0.052μM,由于熒光壽命在加入Fe~(3+)前后基本不變,我們可以將熒光猝滅的機理歸因于靜態(tài)猝滅。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34
【圖文】：

第 1 章 緒論是在材料層間存在的是范德華力，通過這種弱的相互作用連接堆積形成體材料晶體[32]。與石墨相比，h-BN 具有相似的晶格參數(shù)（a = 2.504 ；a 是兩個相鄰原子之間的距離）及層間距（3.30-3.33 ）。單層的 h-BN 納米片通常被稱為“白色石墨烯”[33]。g-C3N4也是一種具有層狀結構的類石墨烯材料，層間通過范德華相互作用連接。g-C3N4的結晶結構中，氮原子和碳原子形成 sp2雜化軌道，可以看成是 N 取代的石墨。對于 g-C3N4，存在兩種不同的結晶模型[34,35]：（1）以三嗪為結構單元，如圖 1-1（c）；（2）以 3-s-三嗪為結構單元，1-1（d）。

圖 1-5 微機械剝離石墨烯流程圖[43]液相剝離法另一種常見的自上而下的剝離方法。這種方法是對分散在液相層狀體材料晶體施加一定的機械力，使層狀的體材料在液相介質中剝離成超 2D 納米片的方法。根據機械力種類的不同，我們可以將液相中的剝離方法兩類：超聲輔助液相剝離和剪切力輔助液相剝離，其中超聲輔助液相剝離法常見的一種，流程如圖 1-6 所示。在這一過程中，首先是將層狀的體材料選好的溶劑中，之后將超聲處理得到的懸浮液通過離心進行純化處理得到懸納米片。一般來說，這種方法的原理可以認為是：通過超聲作用產生液體空穴而在溶劑中產生大量的泡沫；當泡沫破裂時，分散在溶劑中的層狀體材料層有微射流和沖擊波經過，從而可以將層狀的體材料晶體剝離成薄層納米片為了保證體材料在剝離溶劑中的良好分散和剝離，我們需要選擇能與層狀料晶體表面能相匹配的溶劑。Coleman 等人[47]在 2008 年就運用此方法首次墨成功剝離成石墨烯，這種方法簡單有效，不需要復雜的實驗設備和昂貴的用品。能夠高產率、大規(guī)模、低成本地制備液相石墨烯。目前超聲輔助液相

7圖 1-7 CVD 法生長 MoS2納米片流程圖[50]009 年 Beton 等人[51]首次用 CVD 法在生長了多晶鎳薄膜的氧化硅單層石墨烯。類似的，2012 年，Li 等人[52]首次通過 CVD 生長的層大尺寸的 MoS2納米片。近年來，其他 2D 納米材料，如 h-BN 納TMDs（WS2，MoSe2，WSe2，ReS2，MoTe2）、金屬碳化物、硅烯、

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