二维α-GeTe的制备及性能研究

发布时间：2020-07-09 11:49

【摘要】：2004年人们发现了单层碳原子的石墨烯结构,从这之后二维半导体材料便成为了一个热门的科学研究领域。二维半导体材料具有许多其体材料所不具备的优异性质,如优异的力学性能、超高的比表面积和载流子迁移率等,使得二维材料在电子/光电子、催化、能量存储和转换、传感器等领域都具有极大地应用潜力。但是目前已经发现的二维材料都存在着一些不足,因此,探索新型具有优异半导体性能的二维材料对未来众多领域的发展至关重要。本文首先通过Material Studio对α-GeTe晶体进行晶体模型优化,利用第一性原理对α-GeTe体材料和单层α-GeTe进行理论计算。模拟和计算结果表明,α-GeTe晶体是一种具有层状堆叠结构的材料,层间距为3.58?。声子谱中不存在软声子模式,说明单层的α-GeTe可以稳定存在。电子结构计算结果表明,α-GeTe体材料是一种间接带隙的半导体材料且带隙较窄,但是当材料变成单层时,带隙增大,可达到1.84 eV。介电函数谱图显示单层的α-GeTe在~3.8和~6.3eV处有两个较宽的吸收峰,对应着材料在紫外光区的吸收,表明二维的α-GeTe材料具有高效吸收光的能力,并且在光电领域,特别是在紫外光区拥有良好的应用前景。采用超声辅助液相剥离的方法,在乙醇为分散溶剂、超声时间为12 h、离心速度为5000 r的实验条件下剥离效果最好。通过剥离可以得到少层甚至双层/单层的α-GeTe纳米片,其中单层α-GeTe纳米片厚度约为1.6 nm。同时由UV-vis-NIR吸收光谱测得α-GeTe纳米片的光学带隙为1.93 eV,与理论计算较为接近。α-GeTe纳米片具有荧光性能且对Fe~(3+)有很强的选择性,当加入Fe~(3+)时,荧光强度减弱,并且当Fe~(3+)浓度增大时,材料的荧光强度逐渐降低,检测极限为0.052μM,由于荧光寿命在加入Fe~(3+)前后基本不变,我们可以将荧光猝灭的机理归因于静态猝灭。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34
【图文】：

结晶结构,三嗪,石墨

第 1 章绪论是在材料层间存在的是范德华力，通过这种弱的相互作用连接堆积形成体材料晶体[32]。与石墨相比，h-BN 具有相似的晶格参数（a = 2.504 ；a 是两个相邻原子之间的距离）及层间距（3.30-3.33 ）。单层的 h-BN 纳米片通常被称为“白色石墨烯”[33]。g-C3N4也是一种具有层状结构的类石墨烯材料，层间通过范德华相互作用连接。g-C3N4的结晶结构中，氮原子和碳原子形成 sp2杂化轨道，可以看成是 N 取代的石墨。对于 g-C3N4，存在两种不同的结晶模型[34,35]：（1）以三嗪为结构单元，如图 1-1（c）；（2）以 3-s-三嗪为结构单元，1-1（d）。

流程图,微机械,石墨,流程图

图 1-5 微机械剥离石墨烯流程图[43]液相剥离法另一种常见的自上而下的剥离方法。这种方法是对分散在液相层状体材料晶体施加一定的机械力，使层状的体材料在液相介质中剥离成超 2D 纳米片的方法。根据机械力种类的不同，我们可以将液相中的剥离方法两类：超声辅助液相剥离和剪切力辅助液相剥离，其中超声辅助液相剥离法常见的一种，流程如图 1-6 所示。在这一过程中，首先是将层状的体材料选好的溶剂中，之后将超声处理得到的悬浮液通过离心进行纯化处理得到悬纳米片。一般来说，这种方法的原理可以认为是：通过超声作用产生液体空穴而在溶剂中产生大量的泡沫；当泡沫破裂时，分散在溶剂中的层状体材料层有微射流和冲击波经过，从而可以将层状的体材料晶体剥离成薄层纳米片为了保证体材料在剥离溶剂中的良好分散和剥离，我们需要选择能与层状料晶体表面能相匹配的溶剂。Coleman 等人[47]在 2008 年就运用此方法首次墨成功剥离成石墨烯，这种方法简单有效，不需要复杂的实验设备和昂贵的用品。能够高产率、大规模、低成本地制备液相石墨烯。目前超声辅助液相

片流,纳米

7图 1-7 CVD 法生长 MoS2纳米片流程图[50]009 年 Beton 等人[51]首次用 CVD 法在生长了多晶镍薄膜的氧化硅单层石墨烯。类似的，2012 年，Li 等人[52]首次通过 CVD 生长的层大尺寸的 MoS2纳米片。近年来，其他 2D 纳米材料，如 h-BN 纳TMDs（WS2，MoSe2，WSe2，ReS2，MoTe2）、金属碳化物、硅烯、

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