黑磷量子点薄膜的高效制备及其湿敏特性研究
发布时间：2021-01-16 08:57
黑磷由于其优异的性能得到了科学界广泛关注,被认为能与石墨烯相媲美的二维原子材料。优于石墨烯的是,黑磷的带隙能通过层数进行调控能,能吸收从可见光到通信用红外线范围的波长。此外,黑磷是一种直接能隙半导体,能将电子信号转成光信号,具有良好的光响应特性。黑磷量子点是一种纳米尺度的黑磷材料,由于量子限域效应和边缘效应,黑磷量子点有望具有比黑磷体材料更为优异的光电性能。本论文提出了制备黑磷量子点的改进方法,主要是在超声辅助液相剥离法制备黑磷量子点的步骤之前,采用准分子激光对样品进行辐照,从而使得黑磷晶体粉末先快速形成黑磷纳米片,进而改善了黑磷量子点制备的效率,制得直径小于10 nm的黑磷量子点异丙醇溶液。利用制备所得的黑磷量子点,通过电泳沉积法在常温常压条件下成功制备了黑磷量子点薄膜,并且改变电泳沉积时间以及阴极电极规格,调控黑磷量子点薄膜膜厚与尺寸,可以实现200 nm–4μm厚度,1–5 cm尺寸的黑磷量子点薄膜制备。为探究黑磷量子点的厚度依赖特性对其光学性能的影响,对制备的不同膜厚的黑磷量子点薄膜进行了拉曼光谱表征实验,探究了不同厚度黑磷量子点薄膜的拉曼光谱特性并分析其形成机理。此外,基于黑...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种典型的超薄二维材料示意图，如石墨烯，六方氮化硼，过渡金属硫化物，金属有机骨架化合物，共价有机骨架化合物，二维过渡金属碳化物或碳氮化物，层状双金属
黑磷的光谱特性通常有多种表征手段，如拉曼光谱，红外光谱，光致发光光，偏振相关光谱和 X 射线光电子能谱。这些技术可以用于表征黑磷的振动模，本征键能，结晶度和晶体学方向。光谱技术也被用于通过外部刺激如应变研薄层黑磷纳米片的振动特性、温度和压力解开内在各向异性的物理特性。拉曼谱特征对黑磷中层数的变化非常敏感，如强度的比值随厚度的减小而单调递增。]如图 1-3 a,b 所示，黑磷典型拉曼光谱的主峰通常在 362 cm-1,439 cm-1和 467-1的位置，它们分别由 1，2 和 2的声子模式组成。[74]B2g和 A2g的动模式对应的是黑磷烯层平面内的振动，而 A1g对应的是平面外的振动。夏丰研究团队通过研究黑磷的偏振分辨拉曼光谱，得出了不同晶向下的各向异性行和层依赖特性的结论。[75]由图 1-3 b 所示可知，无论激光沿 x，y 还是 D（对线）方向激发的拉曼散射，黑磷的标准峰都成功被激发出来。对于不同的三种振态激发出的拉曼光谱，拉曼峰的位置都没有发生偏移，但 1，2 和 2的峰随着偏振方向发生明显的变化。
第 1 章 绪论如图 1-7 a 所示，类似于石墨烯的首次剥离制备方法，通过胶带机械剥离得到的黑磷纳米片被应用于黑磷场效应的制备。[82,14]然而这种方法是不可调控的，由于产量非常低而且制得的纳米片易变质，难以完全满足器件领域应用的需求。科研人员开始探索新型的制备方法，以克服黑磷在制备与保存上所面临的问题。液相剥离法是一种目前最稳定有效的黑磷薄片的制备手段，这是一种运用静电排斥的原理将黑磷块材直接转化为纳米薄片的方法。[83,84]由于超声而引起的布朗运动，使得超声辅助液相剥离法有效地提高了黑磷纳米片的制备效率，如图 1-7b,c 所示，通过微观图像和高分辨透射电子显微镜的图像，验证得到了黑磷的尺寸维度以及波纹结构。这意味这黑磷材料可以运用这种方法在不引入任何缺陷的前提下成功完成剥离。[85-87]因而，超声辅助液相剥离法也成为了目前制备黑磷纳米片最常运用的方法之一，虽然液相剥离的方法可以有效地制备获得厚度几十纳米的黑磷纳米片，但是其产量较低，难以满足宏观器件制备乃至工业生产制备需求。
本文编号：2980525
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种典型的超薄二维材料示意图，如石墨烯，六方氮化硼，过渡金属硫化物，金属有机骨架化合物，共价有机骨架化合物，二维过渡金属碳化物或碳氮化物，层状双金属
黑磷的光谱特性通常有多种表征手段，如拉曼光谱，红外光谱，光致发光光，偏振相关光谱和 X 射线光电子能谱。这些技术可以用于表征黑磷的振动模，本征键能，结晶度和晶体学方向。光谱技术也被用于通过外部刺激如应变研薄层黑磷纳米片的振动特性、温度和压力解开内在各向异性的物理特性。拉曼谱特征对黑磷中层数的变化非常敏感，如强度的比值随厚度的减小而单调递增。]如图 1-3 a,b 所示，黑磷典型拉曼光谱的主峰通常在 362 cm-1,439 cm-1和 467-1的位置，它们分别由 1，2 和 2的声子模式组成。[74]B2g和 A2g的动模式对应的是黑磷烯层平面内的振动，而 A1g对应的是平面外的振动。夏丰研究团队通过研究黑磷的偏振分辨拉曼光谱，得出了不同晶向下的各向异性行和层依赖特性的结论。[75]由图 1-3 b 所示可知，无论激光沿 x，y 还是 D（对线）方向激发的拉曼散射，黑磷的标准峰都成功被激发出来。对于不同的三种振态激发出的拉曼光谱，拉曼峰的位置都没有发生偏移，但 1，2 和 2的峰随着偏振方向发生明显的变化。
第 1 章 绪论如图 1-7 a 所示，类似于石墨烯的首次剥离制备方法，通过胶带机械剥离得到的黑磷纳米片被应用于黑磷场效应的制备。[82,14]然而这种方法是不可调控的，由于产量非常低而且制得的纳米片易变质，难以完全满足器件领域应用的需求。科研人员开始探索新型的制备方法，以克服黑磷在制备与保存上所面临的问题。液相剥离法是一种目前最稳定有效的黑磷薄片的制备手段，这是一种运用静电排斥的原理将黑磷块材直接转化为纳米薄片的方法。[83,84]由于超声而引起的布朗运动，使得超声辅助液相剥离法有效地提高了黑磷纳米片的制备效率，如图 1-7b,c 所示，通过微观图像和高分辨透射电子显微镜的图像，验证得到了黑磷的尺寸维度以及波纹结构。这意味这黑磷材料可以运用这种方法在不引入任何缺陷的前提下成功完成剥离。[85-87]因而，超声辅助液相剥离法也成为了目前制备黑磷纳米片最常运用的方法之一，虽然液相剥离的方法可以有效地制备获得厚度几十纳米的黑磷纳米片，但是其产量较低，难以满足宏观器件制备乃至工业生产制备需求。
本文编号：2980525
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