基于自支撑的MoS2-RGO-MoS2复合薄膜的悬浮型宽谱光电探测器研究

宽谱光电探测器旨在获取目标发射或反射的紫外、可见光、红外等各个波段的电磁波信息,用以在各种环境下准确地识别和分析目标,在成像、医学诊断、遥感、夜视、环境监测、人工智能等领域有广泛应用。本文将MoS_2的高效宽谱光吸收特性与RGO的高效输运特性相结合,设计并制备了悬浮型MoS_2-RGO-MoS_2光电探测器。MoS_2-RGO-MoS_2的独特结构,既能利用上表面的MoS_2吸收入射光,又能利用下表面的MoS_2吸收透射光,实现了两次光吸收,提高了探测器的响应率。MoS_2-RGO-MoS_2光电探测器和RGO光电探测器的对比研究发现,从紫外(375 nm)至近红外(1550 nm)的宽光谱范围内,MoS_2-RGO-MoS_2光电探测器的响应率均明显高于RGO光电探测器,最高可达1006 mA/W,对探测器的实际应用具有重要意义。     

钙钛矿基近红外光电探测器

近年来,具有ABX₃晶体结构的金属卤化物钙钛矿材料因其可调带隙、高吸收系数、长载流子传输距离等光电学特性而在光电探测领域表现出良好应用前景,尤其是基于纯Sn或者Sn/Pb混合阳离子制备的杂化钙钛矿在760～1050nm范围的近红外光电响应性能非常优异,展现出高灵敏度、低暗电流和高探测率等多方面优势。为进一步拓宽钙钛矿的近红外以及红外响应波长范围,研究人员探索了将有机材料、晶体硅/锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Ⅳ-Ⅵ族化合物、上转换荧光材料等作为互补光吸收层与钙钛矿结合制备异质结来构筑出宽谱响应的近红外光电探测器。基于以上研究,本文总结了当前拓宽钙钛矿光电探测器的光谱范围的有效途径。同时,对钙钛矿材料的近红外光电探测器的未来发展前景作出了展望。     

电沉积二氧化钛纳米微粒膜的光电化学性能和表面形貌研究

采用光电流谱、透射光谱和扫描微探针显微镜技术对电沉积法制备的二氧化钛纳米微粒膜的光电化学性能和表面形貌进行了研究.结果表明,不同制备条件下的二氧化钛纳米微粒膜具有与紧密的半导体电极不同的光电化学性质,并探讨了其光电化学性能与表面形貌的关系.     

基于金/硅纳米线阵列肖特基结的自驱动式的可见-近红外光探测器性能研究

本文成功构筑了金/硅纳米线(Au/SiNWs)阵列自驱动式可见-近红外光探测器.探测器在暗态时表现出良好的二极管整流特性,在±1 V偏压下,整流比达584.在可见-近红外光照下,光探测器具有明显的光生伏特效应.光探测性能研究表明:当无外加偏压时,探测器对波长为405 nm、532 nm和1064 nm的光源具有较高的响应率,并且响应快速、信号稳定,重现性良好;当给器件施加一个很小的正偏压时,通过暗态和照光的切换,探测器可使外电路中的电流快速地正负交替变化,从而实现一种快速、有效的二进制光响应.自驱动式Au/SiNWs阵列光探测器显示了高灵敏、快速、宽光谱响应特性,具有巨大的应用前景.     

在不同激发波长下的单壁碳纳米管的拉曼光谱研究

采用直流电弧法制备单壁碳纳米管样品,用457.5和632.8nm两种不同的激发光分别测得单壁碳纳米管的正常拉曼光谱和共振拉曼光谱.通过理论分析得到了单壁碳纳米管的直径分布,进一步推测了其类型及结构参数;对单壁碳纳米管的正切拉伸模的成分进行了归属.在632.8nm激发波长下得到了IG/ID值随激光功率变化的曲线,认为在2.5mW时,单壁碳纳米管缺陷的结构可能发生了改变.在用457.5nm波长激发的单壁碳纳米管的拉曼光谱中,首次发现了1421cm-1的拉曼谱峰.     

高密度聚苯胺纳米线阵列的制备及在紫外探测器中的应用研究

基于p型半导体与n型半导体间的特殊p-n结效应可有效提高紫外探测器的紫外光敏性能,研究了高密度p型聚苯胺(PANI)纳米线阵列的制备方法,及其与n型单晶硅片组装为具有p-n结效应的高性能紫外探测器的方法.采用旋涂煅烧法在单晶硅片表面制备了二氧化锰层,研究了以其为种子层制备高密度聚苯胺纳米线阵列的方法,并考察了不同制备条件对聚苯胺形貌的影响,揭示了聚苯胺纳米线阵列的形成机理.结果表明,利用二氧化锰种子层对溶液中苯胺的氧化作用,可优先在二氧化锰层表面形成聚苯胺纳米粒子,然后再向溶液中加入另一氧化剂过硫酸铵(APS),可使聚苯胺纳米粒子沿垂直于衬底方向进一步生长,从而制得了分布均匀的高密度p型聚苯胺纳米线阵列.利用p型聚苯胺纳米线阵列与n型单晶硅片间特殊的p-n结效应,构筑了性能优良的紫外探测器,对紫外光响应速度快、恢复时间短、稳定性好.当外置偏压为0 V时,光电流可达9.2×10-8A;且随外置偏压提高,光电流强度大大增强,当外置偏压提高至5 V时,光电流可达3.2×10-5A,比0 V时提高了约1000倍.     

纳米结构TiO2/3-甲基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物复合膜电极光电化学性能

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO/3-甲基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCMT)膜电极和ITO/TiO₂/CTCMT复合膜电极的光电转换性质.结果表明,CTCMT膜为p型半导体,禁带宽度为2.36eV,价带位置为-5.52eV.在ITO/TiO₂/CTCMT复合膜电极中存在p-n异质结,在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离.CTCMT膜修饰ITO/TiO₂电极可使光电流增强,光电流起始波长红移至600nm以上,使宽禁带半导体电极的光电转换效率得到改善.     

卟啉和酞菁修饰的单壁碳纳米管的合成及光谱性质

利用5-(4-氨基苯基)-10,15,20-三(3,5-二辛氧基苯基)卟啉和2,9,16-三叔丁基-23-氨基锌(Ⅱ)酞菁通过酰胺键连接方式同时对单壁碳纳米管进行共价修饰, 通过红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜对所得碳纳米管复合物进行了表征, 证实了其结构. 紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析表明, 光活性分子卟啉和酞菁均与单壁碳纳米管之间存在较强的电子效应. 经卟啉和酞菁共同修饰的单壁碳纳米管复合物比卟啉和酞菁单独修饰的碳纳米管复合物的吸光范围更宽, 而且分散性较好(309 mg/L), 是潜在的光电转换材料.     

聚吡咯纳米阵列电极的光电化学

以多孔的铝阳极氧化膜(AAO)为模板制备了直径约为80 nm聚吡咯(PPy)纳米线的阵列电极, 并研究了它的光电化学响应. 结果表明, 在电极电位低于－0.1 V(vs Ag/AgCl)时出现的阴极光电流是由聚吡咯纳米线的p型半导体性质引起的, 其平带电位为－0.217 V. 聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响较大, 最佳长度为42 nm. 这是因为在很短的聚吡咯纳米线阵列中PPy太少, 产生的光电流弱, 而在过长的聚吡咯纳米线阵列中光生电子在到达电极基底前易于与光生空穴复合而消失. 聚吡咯纳米线有可能作为纳米光电器件用于未来微器件系统.     

共价接枝硅酞菁-多壁碳纳米管的合成及光电性能

采用酰胺反应把硅酞菁(SiPc)共价接枝到多壁碳纳米管(MWCNT)上,得到MWCNT-Pc,用紫外可见,红外光谱,拉曼光谱,X射线光电子能谱,热重分析等进行了表征,结果表明碳纳米管上每约457个碳原子接枝一个酞菁分子;为研究共价接枝的MWCNT-Pc体系中光激发的电子流动情况,探讨了Pc静电组装到MWCNT后的荧光淬灭的情况,结果显示SiPc的光激发电子向MWCNT转移;同时采用喷涂法构筑了ITO/MWCNT-Pc光电极,并在光伏电池中研究了其光电性能,在AM1.5光照条件下,光电流及光电压分别为0.434 V和0.158 mA·cm-2,在320 nm处的IPCE达19.8%。本研究目的在于制备碳纳米管衍生物并构筑基于碳管的复杂的功能纳米结构材料,为其应用奠定基础。