CVD法制备单层二硒化钨薄膜及其生长机制研究

二硒化钨(WSe2)是一种具有较高带隙的半导体材料,其结构类似于石墨烯,具有优异的光电特性,在互补逻辑电路、场效应晶体管以及气敏传感器等领域具有潜在的应用价值。本实验采用化学气相沉积法(CVD)实现了大面积、高质量单层WSe2薄膜的制备,利用XPS、AFM、Raman对薄膜进行了表征,探究了基片到钨源的距离和生长温度对样品的形貌、尺寸及形核密度的影响。从晶体生长学的角度,用不同n(W):n(Se)(■0.5,>0.5,=0.5)生长模型解释了不同形貌WSe2薄膜的生长机制,为可调控二维半导体单层薄膜制备工艺的优化提供了参考。

基于高性能二维二硒化钨的光电探测器

通过物理气相沉积(PVD)方法制备了二维二硒化钨(WSe_2)材料,并与利用化学气相沉积(CVD)方法制备的材料进行对比,证明了其具有不同的导电类型和更好的电学性质.利用两种不同工艺所得材料分别为p型和n型导电的性质,制备了由同种WSe_2材料组成的pn结器件.测试结果表明,该器件在黑暗条件下具有单向整流性和对光照极灵敏的响应度,证明了其在光电器件应用领域具有广泛的发展前景.

非金属元素掺杂二硒化钨/石墨烯异质结对其肖特基调控的理论研究

采用平面波超软赝势方法研究了非金属元素掺杂对二硒化钨/石墨烯肖特基电子特性的影响.研究表明二硒化钨与石墨烯层间以范德瓦耳斯力结合形成稳定的结构.能带结果表明二硒化钨与石墨烯在稳定层间距下形成n型肖特基势垒.三维电子密度差分图表明石墨烯中的电子向二硒化钨移动,使二硒化钨表面带负电,石墨烯表面带正电,界面形成内建电场.分析表明,将非金属原子掺杂二硒化钨可以有效地调控二硒化钨/石墨烯肖特基势垒的类型和高度. C, O原子掺杂二硒化钨时,肖特基类型由p型转化为n型,并有效降低了肖特基势垒的高度;N, B原子掺杂二硒化钨时,掺杂二硒化钨体系表现出金属性,与石墨烯接触表现为欧姆接触.本文结果可为二维场效应晶体管的设计与制作提供相关指导.

二硒化钨-银/氮掺杂石墨烯纳米复合光催化剂的制备及其降解有机废水

利用Hummers法制得了氧化石墨烯,通过固相合成法制备了二硒化钨,采用常温还原法制备银纳米粒子,将制备的二硒化钨、氧化石墨烯和尿素按照一定比例混合,通过水热合成法制备二硒化钨-氮掺杂石墨烯复合物,以制备的纳米复合物为原料,与银纳米粒子在乙二胺中超声复合得到二硒化钨-银/氮掺杂石墨烯纳米复合光催化剂。利用SEM、XRD、TEM等方法对制备的纳米材料进行了表征。通过光催化降解亚甲基蓝溶液研究复合光催化剂催化性能。实验结果表明:复合光催化剂中银的质量分数为20%时,降解浓度为4.0×10-5 mol·L-1的亚甲基蓝溶液,降解效果最佳,可达到97.8%,高于单纯的二硒化钨和传统的二氧化钛光催化剂。同时复合光催化剂对甲基橙、罗丹明B溶液也具有较好的光催化降解作用,降解浓度为4.0×10-5 mol·L-1的甲基橙、罗丹明B溶液的降解率分别为56.3%、62.3%左右。

基于简单液相法对单层二硒化钨表面电荷掺杂的研究

本实验利用质量分数为40%的硫酸铵((NH4)2SO4)溶液在相对较低的温度条件下实现了对单层二硒化钨(WSe2)的高效n型掺杂,同时利用浓度为18 mol/L的浓硫酸(H 2SO4)对单层WSe2样品在常温下进行浸泡处理,实现了对该材料的p型掺杂。将本实验的n型掺杂样品分别置于不同温度下反应,探索出单层WSe2在液相环境下高效掺杂反应稳定存在的临界温度为140℃。进一步地,通过抽真空和超纯水清洗的手段可分别实现对n型掺杂和p型掺杂WSe2的可回复调控。另外,研究还发现,对样品首先利用(NH4)2SO4溶液进行n型掺杂,再利用浓H2SO4进行p型掺杂的处理,可显著增强p型掺杂的效果。通过对单层WSe2进行简单有效的电荷掺杂,不但可以对其光致发光特性进行相关调制,还为基于WSe2的柔性半导体材料器件的设计提供了科学基础。

硒化钨拉曼光谱层数效应

应用键弛豫理论(BOLS)对层状硒化钨材料的拉曼光谱进行定量分析,得出了硒化钨层数与键参数的数值函数关系。澄清了硒化钨拉曼频移层数效应的内在起因:硒化钨层数增加时,拉曼振动模A1g发生蓝移是由于最近邻原子的影响;成键原子控制着硒化钨拉曼E12g模和B12g模的红移。

锂硫电池中硒缺陷WSe_(2)催化性能的理论研究

二硒化钨具有优异导电性、高比表面积和大间距层状结构等特点,能作为催化材料有效提升锂硫电池的性能;然而少量的边缘活性位点阻碍了其催化活性的进一步提升.通过引入原子空位制造表面缺陷,可使其暴露更多的表面活性位点,提高催化活性.本文通过第一性原理计算考察了不同Se空位缺陷浓度(3.125%,6.25%,9.375%和12.5%)WSe_(2)表面的多硫化物吸附能力、锂离子迁移能力和多硫化物转化能力,探究了缺陷改性硒化钨在锂硫电池中的应用潜力.结果表明,6.25%中等空位缺陷浓度的WSe_(2)表面具有适中的多硫化物吸附能力、快速的锂离子迁移和对于充电放电过程的同步促进作用,是最优势的表面;3.125%的低空位缺陷WSe_(2)表面对于多硫化物吸附、锂离子迁移和充放电过程均不利;9.375%和12.5%的高空位缺陷WSe_(2)表面虽然有利于锂离子迁移,但是对于短链多硫化物的吸附能力过强,同时不利于放电过程.

纳米线二聚体对单层WSe_(2)光致发光光谱的增强研究

二维过渡金属硫族化物(two-dimensional transition-metal dichalcogenides,2D-TMDs)是一种直接带隙半导体,表现出显著的光学特性,成为各种光电探测器、光伏和发光二级管等光电器件的理想材料。然而,由于原子级厚度的限制,TMDs的本征光吸收率和发射率非常低,限制了光与物质之间的相互作用,严重阻碍了其在电子学和光子学中的应用。而等离子体纳米结构可以将光限制在纳米尺度,极大增强局域电场强度,从而显著增强光与物质之间的相互作用。因此在这里,构建了由单层WSe_(2)和银纳米线二聚体(nanowire dimer,NWD)组成的复合体系,研究了单层WSe_(2)激子与NWD等离子体的相互作用,相比于原始单层WSe_(2),在NWD/WSe_(2)复合体系中荧光强度初步实现了1.2倍增强。理论模拟揭示这里荧光增强源于NWD的高辐射效率、purcell效应和激发增强,理论分析很好的解释了实验结果,证明了该体系可以有效地增强单层WSe_(2)的荧光。

稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的第一性原理研究

单层二硒化钨(WSe_(2))是一种具有良好的热稳定性、电子运输和大面积可扩展性的优秀特性。基于密度泛函理论,利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的结构、电学性质和光学性质。采用稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂使单层WSe_(2)呈现P型导电传输特性,增强了导电性能,展现半金属特性。此外,La、Eu、Ho掺杂后,提高了单层WSe_(2)在红外光区的光探测能力和对可见光的利用率,在深紫外区域也具有应用潜力。研究结果证明了La、Eu、Ho掺杂单层WSe_(2)的电学性质、光学性质和扩大其应用方面的重要性。

二维WSe_(2)场效应晶体管光电性能

自石墨烯被发现以来,随着人们不断的研究和探索,越来越多具有类似结构的二维材料因其优异的光电性质相继被发现和研究。过渡金属硫族化合物(TMDs)因其丰富的物理性质而受到广泛关注。本文研究了三层二硒化钨(WSe_(2))纳米片的光电性能。利用范德华力将WSe_(2)转移到SiO_(2)/Si衬底的Au电极上,用银浆引出背栅电极,制备了WSe_(2)场效应晶体管,其载流子迁移率为3.42 cm^(2)/(V·s)。WSe_(2)场效应晶体管在630 nm波长下探测器响应度为0.61 A/W,器件的光响应恢复时间为1900 ms。

WSe_2的制备及其电化学性能研究

以固相合成法与水热法制备二硒化钨(WSe_2),通过XRD、SEM、TEM、EDS对其结构、形貌及元素含量进行了分析,XRD显示为六方晶系,SEM、TEM显示两种方法得到了两种形貌不同的WSe_2材料,EDS显示两种形貌的WSe_2材料的元素比均接近理论值。将所得两种形貌的WSe_2用于电化学研究,结果表明,水热法制备得到的WSe_2的电化学性能优于固相合成法得到的WSe_2。

WSe_(2)/Ag_(3)PO_(4)复合材料的合成与光催化性能研究

通过原位沉积法制备了WSe_(2)/Ag_(3)PO_(4)复合材料,采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等技术表征了WSe_(2)/Ag_(3)PO_(4)复合材料的形貌、表面成分.在可见光条件下,亚甲基蓝(MB)光催化实验结果表明,WSe_(2)/Ag_(3)PO_(4)复合材料的光催化性能较Ag_(3)PO_(4)显著增强,其中WSe_(2)质量分数为6.5%的WSe_(2)/Ag_(3)PO_(4)对MB的去除率最高,达到98.5%,是Ag_(3)PO_(4)的1.99倍.6次连续光催化降解MB后,WSe_(2)/Ag_(3)PO_(4)复合材料对MB仍有92.1%的去除率,说明该材料具有良好的稳定性和可循环使用性.活性基团捕获实验表明,在该反应体系中,3种自由基皆参与到MB降解过程中,其中h^(+)发挥了主要作用,·O_(2)^(-)次之,·OH^(-)较低.

碳包覆WSe_2纳米棒的制备及其摩擦学性能

以马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MA)为碳源,以一锅煮工艺即在800℃、密闭条件下,通过钨-硒的固相合成和碳源的热解碳化,成功地制备出碳包覆二硒化钨(WSe2@C)纳米棒,并使用XRD、Raman、EDS、SEM和TEM对其组成、结构及形貌进行了表征。结果表明,WSe2纳米棒的直径为20 nm,包覆层为无定形碳,厚度为40 nm。TG-DSC分析表明,该复合材料的热氧稳定性比纯WSe2提高了约50℃。另外,将WSe2@C作为润滑添加剂应用到基础油石蜡中,使用UMT-2球-盘模式摩擦磨损测试仪考察其摩擦学性能。结果发现,适量(比如0.5wt%)WSe2@C纳米棒的加入,能有效地改善石蜡的减摩抗磨性能,显示出良好的润滑性能。

WSe_(2)分子外电场作用下的结构和光谱特性

利用Gaussian 03软件计算了WSe_(2)分子在不同外电场强度下的结构和光谱.采用密度泛函理论,在BVP86/SDD基组水平上获得了不同外电场强度下WSe_(2)分子的基态优化构型、键长、键角、电偶极矩、总能量和电荷分布.利用相同的方法进行了频率计算,获得了不同外电场强度下WSe_(2)分子的基态振动频率和红外光谱.利用时间依赖的密度泛函理论,在B3LYP/SDD基组水平上进一步计算并分析了不同外电场对分子紫外-可见吸收光谱和激发态分子轨道的影响.结果可以为研究WSe_(2)分子的电致发光效应提供重要的理论依据.

WSe_(2)场效应晶体管的源漏接触特性研究

二硒化钨(WSe_(2))具有双极导电特性,可以通过外界掺杂或改变源漏金属来调节载流子传输类型,是一类特殊的二维纳米材料,有望在未来集成电路中成为硅(Si)的替代材料。文章采用理论与实验相结合的方式系统分析了WSe_(2)场效应晶体管中的源漏接触特性对器件导电类型及载流子传输特性的影响,通过制备不同金属作为源漏接触电极的WSe_(2)场效应晶体管,发现金属/WSe_(2)接触的实际肖特基接触势垒高低极大地影响了晶体管的开态电流。源漏金属/WSe_(2)接触特性不仅取决于接触前理想的费米能级差,还受到界面特性,特别是费米能级钉扎效应的影响。

溅射压强对WSe_(2)纳米薄膜形貌及光电性能的影响

采用射频(RF)磁控溅射技术在Si(100)衬底上制备WSe_(2)纳米薄膜,研究在不同制备压强(2.0、2.5、3.0 Pa)下WSe_(2)纳米薄膜的形貌及光电性质变化.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、光致发光谱(PL)、霍尔效应等测试对薄膜样品进行基本性质表征.SEM测试结果表明:溅射压强的改变对薄膜形貌有显著影响,随着压强的增加“蠕虫”状结构更加明显.进一步研究WSe_(2)的生长取向,XRD测试结果表明WSe_(2)薄膜在(008)晶面优先生长,证明压强的不同会改变WSe_(2)的晶体结构,提高其结晶性和光吸收特性.此外电学性能测试表明,WSe_(2)纳米薄膜的载流子浓度和霍尔系数可以通过改变压强来调节.体现了磁控溅射技术制备的WSe_(2)具有可控性好,易于重复等优点,在构建多功能WSe_(2)器件领域中具有很好的应用前景.