基于三维光子晶体增强MoS 2 光致发光的研究
发布时间：2021-10-24 00:18
三维光子晶体由于其内部不同折射率介质材料的周期性排列,会产生禁止特定波长的光传播的光子禁带。通过改变光子晶体的结构参数对光子禁带位置进行调谐实现对电磁波的调控。光子晶体产生的慢光效应和光子局域化被广泛应用于增强荧光材料发光。半导体二维材料单层二硫化钼（MoS2）因其独特的光电性能,被广泛用于发光器件和电子柔性器件中。但是由于其厚度的限制,单层二硫化钼的发光强度仍然较弱,因此,采取措施增强单层二硫化钼的光致发光意义重大。主要利用光子晶体的禁带作用增强单层二硫化钼的光致发光,之后模拟仿真了光子晶体与金属纳米结构共同作用增强单层二硫化钼的光致发光。首先,通过垂直沉降法制备出三维光子晶体结构,通过调整其结构参数调谐禁带位置。再将通过化学气相沉积法制备得到的单层二硫化钼转移到光子晶体表面,使二硫化钼的吸收峰与光子晶体的禁带反射峰重合。被局域在光子晶体表面的光子与二硫化钼的激子发生能量转移,产生Rabi分裂,单层二硫化钼的激子浓度大大增加,进而增强其光致发光强度。将光子晶体与U型分裂环金属纳米结构阵列结合,通过FDTD模拟计算了U型分裂环的等离子体效应与光子晶体的禁带共同作用...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反蛋白石光子晶体增强TNT检测灵敏度对生物溶液特别是人体体液中某成分比如抗原、抗体的浓度变化的实时监测是
燕山大学工学硕士学位论文-4-图1-2反蛋白石光子晶体进行生物抗原浓度监测还有研究者利用光子禁带位置变化检测溶液中DNA浓度的变化。将水凝胶微球制成反蛋白石结构，然后在结构中固定检测探针(DNA交联剂)。当反蛋白石浸入到检测溶液中时，DNA目标序列会与交联剂杂交促使光子晶体中的水凝胶产生微缩，当蛋白石晶格结构发生变化时，对应的光子禁带发生变化，光子晶体的表征光谱发生变化。通过反射谱峰值变化的定量估算被测液中DNA浓度。1.2.2MoS2的应用概述场效应晶体管常应用于微量生物或者污染物检测，而且具有灵敏度高、微型易转移和响应速度快的优点，各种半导体材料都被用于场效应管。场效应管通道材料在吸附了被检测目标之后其导电性会发生一定的变化，根据导电材料导电量的变化大小估算被测目标物的含量。新型半导体材料二硫化钼具有例如载流子迁移率高和比表面积大等优点，被作为一种优异的传感材料应用于场效应管器件上。将少数层MoS2作为通道材料构成的场效应晶体管可用于生物监测。生物液体内特定蛋白质的检测在医疗诊断上有重大意义。D.Sarkar研究小组就利用场效应晶体管检测了液体中链霉亲和素的含量[9]，如图1-3，文章作者用四层MoS2作场效应管的传感通道材料构成生物蛋白质检测器，之后用生物素对MoS2半导体材料进行功能化处理，当含有目标物分子链霉亲和素的液体被放到传感器上时，作为抗体的生物素与链霉亲和素会发生相互作用，因而被功能化的导电性材料的性能就会下降，导致电流发生变化。人们根据电流变化值的大小对链霉亲和素进行定量估算，目前，约为100fM浓度的链霉亲和素可以被测量到，这种方法原理简单，灵敏度很高。
第1章绪论-5-图1-3MoS2场效应管检测链霉亲和素含量场效应管不仅可以用于生物检测，在污水检测方面也有应用。水污染对人体健康具有极大危害，研究人员采用很多方法对水污染中的有害物质进行定性定量检测。Li等人就设计出基于MoS2的场效应传感器对污水中亚硝酸盐离子进行检测[10]，如图1-4。首先设计制造以MoS2为传感通道的场效应管，而后在传感通道上覆盖一层亚硝酸盐离子载体，使得污水溶液中只有亚硝酸盐离子才能通过。通过载体薄膜的亚硝酸盐离子会沉积到MoS2表面上，位于两侧电极中间起到负电压的作用，进而导致MoS2材料内电子密度降低引起传感器内电流发生变化。同理，人们可以通过电流变化的大小对亚硝酸盐离子的浓度进行估算。而且，如果在传感器上覆盖不同种类的离子载体薄膜，就可用于分析污水中不同种类的重金属离子含量。图1-4MoS2场效应管检测污水中亚硝酸盐离子含量利用太阳能进行水解制备氢气是制氢工业中常用的方法，光催化剂在促进水解中起着重要作用，而大多数的光催化剂的效率较低，不能满足大产量、高效益制氢的需要，如何延缓光生电子-空穴对的重组成为研究者的重要研究方向。如图1-5所示，Kun等研究小组设计制备了混合纳米结构层增强氢气的生成活性[11]。首先，作者制备单层石墨烯纳米片，将纳米片切割成小片并在上面生长制备MoS2，而后在MoS2/石墨烯上负载CdS纳米颗粒。这种CdS/MoS2/石墨烯复合材料具有大比表面
【参考文献】：
期刊论文
[1]光子晶体制备及其应用研究进展[J]. 宋明丽,王小平,王丽军,陈海将,廉吉庆,柯小龙,宁仁敏. 材料导报. 2016(07)
[2]二硫化钼润滑剂应用研究进展[J]. 王国栋,蒋丽娟,李来平,刘燕,张新. 中国钼业. 2013(05)
博士论文
[1]光子晶体与等离子体共振效应增强光致发光及其应用探索[D]. 王鹤.吉林大学 2018
[2]光子晶体对发光材料光致发光调控的研究[D]. 邹璐.吉林大学 2017
硕士论文
[1]二硫化钼复合物制备及其在染料敏化太阳能电池中应用[D]. 董飞燕.西安科技大学 2017
本文编号：3454199
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反蛋白石光子晶体增强TNT检测灵敏度对生物溶液特别是人体体液中某成分比如抗原、抗体的浓度变化的实时监测是
燕山大学工学硕士学位论文-4-图1-2反蛋白石光子晶体进行生物抗原浓度监测还有研究者利用光子禁带位置变化检测溶液中DNA浓度的变化。将水凝胶微球制成反蛋白石结构，然后在结构中固定检测探针(DNA交联剂)。当反蛋白石浸入到检测溶液中时，DNA目标序列会与交联剂杂交促使光子晶体中的水凝胶产生微缩，当蛋白石晶格结构发生变化时，对应的光子禁带发生变化，光子晶体的表征光谱发生变化。通过反射谱峰值变化的定量估算被测液中DNA浓度。1.2.2MoS2的应用概述场效应晶体管常应用于微量生物或者污染物检测，而且具有灵敏度高、微型易转移和响应速度快的优点，各种半导体材料都被用于场效应管。场效应管通道材料在吸附了被检测目标之后其导电性会发生一定的变化，根据导电材料导电量的变化大小估算被测目标物的含量。新型半导体材料二硫化钼具有例如载流子迁移率高和比表面积大等优点，被作为一种优异的传感材料应用于场效应管器件上。将少数层MoS2作为通道材料构成的场效应晶体管可用于生物监测。生物液体内特定蛋白质的检测在医疗诊断上有重大意义。D.Sarkar研究小组就利用场效应晶体管检测了液体中链霉亲和素的含量[9]，如图1-3，文章作者用四层MoS2作场效应管的传感通道材料构成生物蛋白质检测器，之后用生物素对MoS2半导体材料进行功能化处理，当含有目标物分子链霉亲和素的液体被放到传感器上时，作为抗体的生物素与链霉亲和素会发生相互作用，因而被功能化的导电性材料的性能就会下降，导致电流发生变化。人们根据电流变化值的大小对链霉亲和素进行定量估算，目前，约为100fM浓度的链霉亲和素可以被测量到，这种方法原理简单，灵敏度很高。
第1章绪论-5-图1-3MoS2场效应管检测链霉亲和素含量场效应管不仅可以用于生物检测，在污水检测方面也有应用。水污染对人体健康具有极大危害，研究人员采用很多方法对水污染中的有害物质进行定性定量检测。Li等人就设计出基于MoS2的场效应传感器对污水中亚硝酸盐离子进行检测[10]，如图1-4。首先设计制造以MoS2为传感通道的场效应管，而后在传感通道上覆盖一层亚硝酸盐离子载体，使得污水溶液中只有亚硝酸盐离子才能通过。通过载体薄膜的亚硝酸盐离子会沉积到MoS2表面上，位于两侧电极中间起到负电压的作用，进而导致MoS2材料内电子密度降低引起传感器内电流发生变化。同理，人们可以通过电流变化的大小对亚硝酸盐离子的浓度进行估算。而且，如果在传感器上覆盖不同种类的离子载体薄膜，就可用于分析污水中不同种类的重金属离子含量。图1-4MoS2场效应管检测污水中亚硝酸盐离子含量利用太阳能进行水解制备氢气是制氢工业中常用的方法，光催化剂在促进水解中起着重要作用，而大多数的光催化剂的效率较低，不能满足大产量、高效益制氢的需要，如何延缓光生电子-空穴对的重组成为研究者的重要研究方向。如图1-5所示，Kun等研究小组设计制备了混合纳米结构层增强氢气的生成活性[11]。首先，作者制备单层石墨烯纳米片，将纳米片切割成小片并在上面生长制备MoS2，而后在MoS2/石墨烯上负载CdS纳米颗粒。这种CdS/MoS2/石墨烯复合材料具有大比表面
【参考文献】：
期刊论文
[1]光子晶体制备及其应用研究进展[J]. 宋明丽,王小平,王丽军,陈海将,廉吉庆,柯小龙,宁仁敏. 材料导报. 2016(07)
[2]二硫化钼润滑剂应用研究进展[J]. 王国栋,蒋丽娟,李来平,刘燕,张新. 中国钼业. 2013(05)
博士论文
[1]光子晶体与等离子体共振效应增强光致发光及其应用探索[D]. 王鹤.吉林大学 2018
[2]光子晶体对发光材料光致发光调控的研究[D]. 邹璐.吉林大学 2017
硕士论文
[1]二硫化钼复合物制备及其在染料敏化太阳能电池中应用[D]. 董飞燕.西安科技大学 2017
本文编号：3454199
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