硒、碲一维纳米材料合成及其光电性能研究

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一维硒(Se)、碲(Te)纳米材料由于具有独特、优异的光电性能而被广泛应用在通信、化工、生命科学等领域,然而离实际大规模应用还有一段很长的路要走。首先,在一维纳米结构生长机理研究方面,先前的许多文献已经报道了多种Se纳米线的合成方法,但是从热力学角度研究Se纳米线生长机理的文献却比较少。其次,搭建半导体纳米器件的成功率都比较低,极大地限制了Se、Te半导体材料在光电探测器方面的应用。针对以上问题,本论文在Se、Te纳米材料制备优化及其光电器件搭建及其性能的研究方面开展了以下工作:1、Se纳米线的合成及生长机理研究:本文以硒脲(CH4N2Se)作为还原剂,氧气作为氧化剂,在室温下采用液相法成功制备三方相硒(t-Se)纳米线,该纳米线直径约为70-80 nm,并且沿[001]方向生长。通过控制老化时间(2 min、5 min、20 min以及3 h),从热动力学角度解析t-Se纳米线的生长机理。我们发现,t-Se纳米线的生长需要经历无定形硒(a-Se),球形Se,以及纳米线的过程,证实了液相中的Se纳米线符合“固-液-固”的生长机制。此外通过在干燥箱中对a-Se进行老化处理,从热力学角度研究了a-Se胶体的固相转变过程:在Se球表面先形成籽晶,然后籽晶不断消耗a-Se而形成t-Se纳米线。有趣的是,这种Se纳米线的生长过程同样也符合“固-液-固”的生长机制。2、Te纳米棒的合成优化及其光电性能研究:以Te粉为原料,使用溶剂热法合成直径分别为40 nm,2.5μm的六方相Te纳米线、Te纳米棒,它们皆沿着[001]方向生长。我们采用聚焦离子束辅助的手段成功实现了单根Te纳米线/棒光电纳米器件的搭建。通过对它们进行光电性能测试,我们发现:直径为40 nm单根Te纳米线光电探测器的响应率和增益分别为1.65x104AW-1和5.0x106%;直径为2.5μm的单根Te纳米棒光电探测器的响应率和增益分别为17 AW-1和5.4x103%,θ值高达0.76,表明单根Te纳米棒光电检测器具有更好的光电转换效率,极大地提高了光的利用率,这为Te纳米材料的实际应用奠定了坚实的理论基础。3、硒化镉(Cd Se)纳米材料的微波合成优化:使用微波辅助法成功制备了硒化镉纳米晶体(Cd Se NCs)。研究了不同合成温度对Cd Se NCs的形貌及结构的影响,结果表明无论反应温度是150℃还是180℃,样品出现少量的纳米线并且都是六方相结构。使用液相法给Cd Se纳米片负载贵金属,结果表明,金颗粒可以完全负载在Cd Se纳米片上,并且不会影响Cd Se纳米片的层状结构。
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