高压合成层状磷基材料及其性能研究

发布时间：2021-07-06 22:17

　　本论文主要以层状磷基材料（黑磷,碲掺杂黑磷和五磷化锗）为研究对象,实现了大尺度黑磷及碲元素掺杂黑磷的晶体生长;并通过掺杂碲元素实现了对黑磷的物性调控;探索了碳纳米管对黑磷储能性能的调控机制;进行了大尺度五磷化锗晶体的定向生长及储能性能研究。具体研究从以下四个方面内容开展:（1）利用高温高压技术和具有特殊结构的高压加热炉体,我们实现了大尺度高质量黑磷单晶的合成,为接下来有关黑磷的研究提供了充足的材料。并进一步研究了体相和少层（厚度10 nm左右）黑磷优异的电输运性能,发现了少层黑磷环境稳定性差这一问题。我们利用原子力显微镜和X射线光电子能谱技术,研究了黑磷纳米片在大气环境下表面形貌与元素化学态的变化,并进一步分析了其环境稳定性差的原因。（2）针对少层黑磷环境稳定性差这一瓶颈问题,我们采用高温高压技术制备了碲（Te）元素掺杂黑磷。基于机械剥离碲掺杂黑磷晶体,制备出一系列场效应晶体管,将其在大气环境下进行暴露测试研究后,发现碲元素掺杂以后,不仅大幅改善层状黑磷晶体的环境稳定性,而且显著提高其电学性能;同时结合理论计算,确定了抑制黑磷降解的机理,为解决二维黑磷晶体环境稳定性差这一关键性问题提出... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 黑磷的结构及基本性质
        1.2.1 磷的结构转变
        1.2.2 黑磷的结构
        1.2.3 黑磷的基本性质
    1.3 块状黑磷的合成方法
    1.4 少层黑磷的制备方法
        1.4.1 机械剥离
        1.4.2 液相解离
    1.5 黑磷的应用
    1.6 GeP5的简介
    1.7 本文的研究内容和研究意义
第2章 黑磷的合成及性能研究
    2.1 引言
    2.2 黑磷的合成
    2.3 体相黑磷的电学性能研究
    2.4 少层黑磷场效应晶体管
        2.4.1 器件制备过程
        2.4.2 黑磷场效应晶体管的电学特性表征
    2.5 原子力显微镜研究少层黑磷的环境稳定性
    2.6 X射线光电子能谱分析(XPS)研究黑磷的环境稳定性
    2.7 本章小结
第3章 碲元素掺杂黑磷场效应管性能研究
    3.1 引言
    3.2 碲掺杂黑磷的合成及表征
        3.2.1 样品制备
        3.2.2 碲掺杂黑磷结构表征
        3.2.3 碲掺杂黑磷场效应晶体管的输运性质研究
        3.2.4 碲掺杂黑磷场效应晶体管环境稳定性研究
        3.2.5 原子力显微镜研究碲掺杂黑磷纳米片的时效性
        3.2.6 核磁共振谱研究碲掺杂黑磷的时效性
        3.2.7 碲掺杂黑磷第一性原理计算
    3.3 本章小结
第4章 黑磷和碳纳米管复合膜储能性能研究
    4.1 引言
    4.2 黑磷全固态超级电容器的不足
    4.3 黑磷纳米片和碳纳米管复合膜的制备与表征
    4.4 黑磷纳米片和碳纳米管复合膜柔性超级电容器性能研究
        4.4.1 黑磷纳米片和碳纳米管复合膜柔性超级电容器的组装
        4.4.2 黑磷纳米片和碳纳米管复合膜柔性超级电容器性能测试
    4.5 本章小结
第5章 高压合成五磷化锗及其储能性能研究
    5.1 引言
    5.2 大块GeP5高压合成及结构表征
    5.3 GeP5超级电容器性能研究
        5.3.1 GeP5纳米片溶液的制备
        5.3.2 GeP5纳米片结构表征
        5.3.3 GeP5超级电容器的组装
        5.3.4 GeP5超级电容器的性能测试
    5.4 本章小结
结论
参考文献
附录 层状硒化铟与碘化铬的合成与结构表征
    S.1 层状硒化铟的合成与结构表征
        S.1.1 引言
        S.1.2 InSe的合成与结构表征
    S.2 层状碘化铬的合成与磁性测试
        S.2.1 引言
        S.2.2 CrI3的结构与磁性表征
    S.3 本章小结
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
博士论文
[1]β-MNCl体系超导电性与黑磷单晶生长研究[D]. 叶国俊.中国科学技术大学 2016



本文编号：3269075