基于应力调控的二维过渡金属硫族化合物光学性质分析

阐述应力对二维过渡金属硫族化合物光学性质的调控效应,分析晶格畸变对其的影响,以及应力引起的晶格畸变和相应的光学性质变化,为设计和制备特定光学性能的二维材料提供指导。

化学气相沉积法制备二维过渡金属硫族化合物研究进展

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)是继石墨烯之后的新型二维材料,由于其自身的独特物理化学性质在半导体、光电材料、能源储存和催化制氢等方面备受瞩目。化学气相沉积(CVD)是目前适合实现大规模制备二维材料的工艺之一,制备过程中参数的高度可控性使其具有很大优势。本文综述了近期通过CVD制备TMDs的研究进展,探讨了在CVD制备工艺中各种参数对产物生长和最终形貌的影响,包括前驱体、温度、衬底、辅助剂、压力和载气流量等。列举了一些改进的CVD制备工艺,并对其特点进行了总结。最后讨论了目前CVD制备TMDs所面临的挑战并对其发展前景进行展望。

过渡金属硫族化合物基于激子的光致发光调控研究进展

简单介绍了二维(2D)层状过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenide,TMD)材料中的激子,具体介绍了TMD材料的优缺点以及目前研究所面临的现状和问题,其中合成高产率、高性能的单层TMD是TMD作为下一代电子材料进一步发展的关键挑战。详细综述了基于TMD中的激子对调控光致发光方法的最新进展,包括化学掺杂、衬底工程、抑制激子-激子湮灭(EEA)等方法,最后总结和展望了TMD材料目前研究现状存在的主要问题以及未来的需求与挑战。

二维过渡金属硫族化合物的环境稳定性

二维过渡金属硫族化合物具有独特、优异的电学和力学性能,已被广泛应用于基础研究以及电子、自旋电子、光电子、能量收集捕获和催化等领域当中。然而,二维过渡金属硫族化合物在苛刻的条件下不稳定,并且在环境中极易降解,这限制了其在大多数领域的应用。在本篇综述中,我们总结了二维过渡金属硫族化合物环境稳定性研究的最新进展,包括最新的生长方法、稳定性的基本机制以及保护二维过渡金属硫族化合物材料免受老化和性能衰退的方法。通过从生长过程中分析影响二维过渡金属硫族化合物稳定性的关键因素,我们对优化生长方法以提高其稳定性进行了回顾。最后,我们展望了生长稳定二维过渡金属硫族化合物的指导方法,这也为制备、设计其他先进功能材料以及相应异质结结构带来可能。

二维过渡金属硫族化合物纳米材料的制备技术及其应用

综述近年来二维过渡金属硫族化合物纳米材料的制备技术及其应用,重点介绍了二维过渡金属硫族化合物纳米材料的制备方法,包括微机械剥离法、化学气相沉积法、电化学法、液相剥离法等,并对二维过渡金属硫族化合物纳米材料的制备技术和应用前景进行了展望。

过渡金属硫族化合物二维晶体基复合材料的研究进展

石墨烯的发现掀起了人们对二维晶体材料的探索热潮。单层或少数层过渡金属硫族化合物(TMDs)是二维晶体材料的典型代表,此类材料的带隙合适、电子迁移率和热导率高、光吸收强、比表面积大,在新型光电器件、光/电催化、锂离子电池电极、气体传感及生物医学等领域蕴藏着巨大的应用潜能。特别是,对于TMDs二维晶体与其他材料复合而成的纳米结构,强烈的界面耦合作用对材料物理和化学特性的调控至关重要,甚至可能导致新奇特性,预示着新功能和新应用。详细综述了TMDs二维晶体基复合材料的制备方法、结构与性能的界面调控及其潜在应用,并指出了该研究领域仍存在的问题及未来发展方向。

二维过渡金属硫族化合物中的缺陷和相关载流子动力学的研究进展

原子级厚度的单层或者少层二维过渡金属硫族化合物因其独特的物理特性而被寄希望成为下一代光电子器件的重要组成部分。然而,二维材料的缺陷在很大程度上影响着材料的性质。一方面,缺陷的存在降低了材料的荧光量子效率、载流子迁移率等重要参数,影响了器件的性能。另一方面,合理地调控和利用缺陷催生了单光子源等新的应用,因此,表征、理解、处理和调控二维材料中的缺陷至关重要。本文综述了二维过渡金属硫族化合物中的缺陷以及缺陷相关的载流子动力学研究进展,旨在梳理二维材料中的缺陷及其超快动力学与材料性能之间的关系,为二维过渡金属硫族化合物材料特性和高性能光电子器件的相关研究提供支持。

二维过渡金属硫族化合物在超级电容器中的研究进展

近年来,过渡金属硫族化合物(TMDs)作为一种新兴的二维材料,因其独特的层状结构及电学特性成为超级电容器电极材料的理想候选者之一.本文介绍了二维TMDs的常用合成方法,阐述了钼基、钨基和钒基等TMDs在超级电容器中的研究进展,分析了形貌、尺寸和改性方法等因素对TMDs材料电化学性能的影响,并对TMDs在超级电容器领域的工业化应用和挑战进行了总结与展望.

二维过渡金属硫族化合物缺陷工程

二维过渡金属硫族化合物(two-dimensional transition metal dichalcogenides,TMDs)具有厚度在原子级别、禁带宽度随层数在1~2 eV内变化、高载流子迁移率(如MoS_(2)载流子迁移率达到了200 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1))等特点,在光学、电学等领域具有广泛应用。TMDs的超薄特性使此类材料与块体材料相比,更容易受到缺陷调控的影响,改变材料原有性能。在本综述中,首先介绍了TMDs的晶体结构和相结构,并根据维度特征对缺陷的类型进行了分类;接着从缺陷的抑制和修复,以及缺陷的制造两方面出发,总结了缺陷调控TMDs材料性能的最新研究进展;在此基础上,介绍了缺陷工程在电学、光学、磁学、电催化等领域的具体应用;最后,本综述讨论了缺陷工程在应用过程中面临的实际问题,并对其未来的研究及发展方向进行了展望。

二维过渡金属硫族化合物中激子-极化激元的研究进展(特邀)

二维过渡金属硫族化合物的直接带隙、大跃迁偶极矩、强激子结合能、可范德华集成和谷极化特性,使其在激子-极化激元研究与应用中显示出巨大潜力。当激发粒子密度达到一定程度时,激子-极化激元可通过受激散射凝聚成单个宏观量子态(玻色-爱因斯坦凝聚态),它们不受粒子数反转的限制,可实现超低阈值激光。同时结合其谷极化特性,可为强耦合状态的谷电子学应用如光自旋开关和谷极化双稳态器件等提供潜在应用。分别对二维过渡金属硫族化合物中的激子-极化激元、谷极化激子-极化激元和激子-极化激元的玻色爱因斯坦凝聚的研究进展进行了系统综述,最后总结分析了未来实现二维激子-极化激元激光需解决的关键科学问题并对其发展进行了展望。

氢诱导二维硫族化合物PtX2的电磁特性研究

为了充分研究二维重过渡金属硫族化合物材料在磁性器件中的潜在应用,基于自旋极化密度泛函理论,文中研究了氢化单层PtX 2(X=S,Se,Te)的稳定性和电磁特性。研究结果表明,单层PtX 2在氢化后具有较高的稳定性,且稳定性随硫族原子序数的增加而下降;氢化使单层PtX 2出现了磁矩,使其从半导体变为铁磁性的金属,该磁矩主要来自于窄反键子能带自旋极化下的Pt 5d电子。此外,单层PtX 2的铁磁性也随着硫族原子序数的增加而出现了下降的趋势。因此,文中的研究成果为设计二维重过渡金属硫族化合物材料的铁磁性提供了参考。

与硅基技术兼容的二维过渡金属硫族化合物电子器件

作为现代信息社会的物理基石,以硅基材料为核心的集成电路极大推动了人类现代文明的进程.但是,随着晶体管特征尺寸微缩逐渐接近物理极限,传统硅基材料出现了电学性能衰退、异质界面失稳等挑战,导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急剧增加等问题产生.超薄二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)具有表面平整无悬挂键、电输运性能优异、静电控制力强、化学性质稳定等优势,可有效解决上述问题,被认为是后摩尔时代集成电路的最具潜力候选材料之一.目前,二维TMDCs集成电路研究在多个关键领域均取得了突破性成果,但距离产业化应用仍需要克服一些挑战.本文着重介绍了二维TMDCs材料与电子器件在集成电路应用的各方面优势,系统阐明了二维TMDCs集成电路在材料控制生长、范德华界面优化以及器件设计构筑等方面的关键科学问题,提出了相应解决办法和应对措施,分析了二维TMDCs集成电路产业化进程中的综合性挑战,明确了“与硅基技术兼容”二维TMDCs集成电路发展路线的优势、可行性与突破方向.

二维TMC忆阻器在神经形态计算中的研究进展

忆阻器和突触器件作为一种有潜力的神经形态器件,近年来得到了广泛的研究。二维过渡金属硫族化合物(2D TMC)由于其独特的性能,使基于其的电子器件制造工艺具有高集成度、高兼容性和高扩展性等优势。对基于2D TMC的高性能忆阻器在神经形态计算中的应用进行了全面的综述。首先介绍了2D TMC及其异质结在忆阻器中的应用潜力,然后基于该类材料的基本结构和物理性能,对近年来报道的器件进行了分类介绍,接着讨论了这些新兴材料和器件在神经形态计算中的应用,最后基于目前存在的问题,提出了解决方案,并对该类器件在其他场景的应用进行了展望。

类石墨烯硫族化合物纳米材料及其在能源领域中的应用

2004年以来,以石墨烯为代表的新型二维纳米材料引起了全球范围内的研究热潮,在光电子、生物、能源等领域展现出了巨大的应用潜力。过渡金属硫族化合物因平面内结合力较强、平面外结合力较弱以致可以将其剥离成单个细胞厚度的二维层状纳米材料,且该材料具备类石墨烯物理化学性质而被誉为"无机石墨烯"。关于二维过渡金属硫族化合物纳米材料的研究已有多年,众多研究表明,因其具有独特的结构和特性,在光电器件、催化及能源存储领域有着广阔的应用前景。基于该领域研究的最新进展,综述了二维过渡金属硫族化合物纳米材料在能源领域中的应用,并对目前相关研究领域的发展趋势进行了总结和展望。

衬底位置对制备二维的MoS2的影响

新型的二维层状材料凭借着其优异的机械、光学、电学等独特性能受到研究者广泛关注,二维层状材料如石墨烯、过渡金属硫族化合物等在柔性器件等领域具有潜在的应用前景,成为了现阶段研究热点之一;然而,应用的前提是高质量的二维材料大面积可控制备。利用化学气相沉积方法制备了二维的MoS_2,探讨了放置衬底的差异对合成二维的MoS_2的影响。结果表明,在其它相同的实验条件下,face-up和face-down的放置位置制备的MoS_2具有不同的形状、在衬底上的覆盖率不同;尽管如此,两种放置情况下,获得的单层的MoS_2具有类似的结构和荧光特性。研究结果对可控合成二维的MoS_2以及其它的TMDs均具有指导意义和参考价值。

保温时间对二维二硫化钼生长的影响

目的研究二维MoS2薄片的生长规律,为将来过渡金属硫族化合物薄膜的生长提供理论参考与技术经验。方法采用化学气相沉积法(CVD)制备MoS2薄片,且仅改变薄片生长的保温时间。通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)和拉曼光谱分析探究MoS2薄片的生长规律。结果MoS2薄片由最初的形核点逐渐生长为中心有亮点的三角形(形核点MoS2拉曼光谱特征峰波数差为20.25 cm^−1)进一步生长为完整三角形的MoS2薄片(拉曼光谱特征峰波数差为18.32 cm^−1)。随着保温时间的延长,薄片之间开始“拼接”成膜,并最终在此膜层上再次形核生长出体相MoS2薄片。结论二维MoS2薄片的生长模式随着生长阶段而表现不同,最开始以非二维生长模式产生形核点,而非形核点区域以二维生长模式进行生长。在持续长大阶段,薄片以二维生长的模式为主导。在“拼接”阶段,出现多层MoS2区域。在第二层生长阶段,MoS2薄片以三维生长的模式生长。

二维过渡金属硫族化合物的研究进展

二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)是继石墨烯之后的新型范德瓦耳斯材料,由于其天然的二维特性以及强自旋轨道耦合作用(spin-orbital coupling, SOC),导致诸如金属-绝缘体转变、电荷密度波(charge density wave, CDW)、能谷电子学、非常规超导电性等新颖物理性质的出现,使得这类材料成为研究低维量子物理的又一理想平台.其中能谷电子学与拓扑超导已经成为近年来凝聚态物理前沿研究的热点方向.本文在综述TMDCs材料的结构与基本物理性质的基础上,重点介绍了最近发展的用于生长原子层厚度的TMDCs材料的熔盐辅助化学气相沉积方法、在Se掺杂的MoSexTe2-x薄膜中实现的Td相到1T′相再到2H相的结构相变与超导增强现象,以及在少层Td-MoTe2中发现的非对称性SOC作用引起的类伊辛超导现象.最后,展望了TMDCs材料的潜在应用与可能存在的拓扑超导.

二维过渡金属硫族化合物在生物医学中的应用

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)是继石墨烯纳米材料发展之后一类新型的二维纳米材料.由于其特殊的物理化学性质,TMDs二维纳米材料在能源、光电器件、催化反应等多个领域引起了人们广泛的研究兴趣.近年来这类材料在纳米生物医学方面也得到人们广泛的关注.这篇综述简单介绍TMDs二维层状纳米材料的制备、表面修饰、生物成像、肿瘤治疗和毒理学研究,并对二维TMDs纳米材料未来在生物医学领域的发展做出展望.

二维界面修饰对全无机CsPbBr_(3)薄膜光电性能的调控

全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池中的电荷传输层与钙钛矿层界面的载流子复合是制约其光电转换效率进一步提升的关键因素。文中采用带隙和带边可调控的二维过渡金属硫族化合物(MoS_(2)、MoSe_(2)、WS_(2)和WSe_(2))材料作为电子传输层和钙钛矿层之间的界面修饰材料和载流子传输材料,利用晶格匹配的范德华外延生长高质量的钙钛矿薄膜,同时通过界面能级补偿和势垒消减,降低钙钛矿层与电子传输层之间的界面电荷损失,促进全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池器件中载流子的提取与传输,使器件光电转换效率由初始的7.94%提高到10.02%,同时开路电压从1.474 V提升至1.567 V。该研究为制备高质量的钙钛矿薄膜同时实现界面能级匹配的高性能光电器件提供了一条新途径。

二维过渡金属硫族化合物纳米异质结气体传感器研究进展

二维过渡金属硫族化合物(2D TMDs)在气体传感方向的应用中具有显著的"先天"优势,表现出如灵敏度高、响应速度快、能耗低以及能在室温下工作等诸多优点.相对单一的2D TMDs而言,基于2D TMDs纳米异质结的气体传感器展现出更加优越的气体传感性能.本文将系统总结2D TMDs纳米异质结气体传感器的研究进展,尤其是2D TMDs与金属氧化物、金属硫化物、碳基纳米材料以及量子点之间形成的纳米异质结设计、构效关系以及传感机理等关键科学问题.传感材料和传感机制上的创新对提升传感性能并拓展传感功能具有重要的科学意义.通过对纳米异质结气敏机理的深入探究,有望实现纳米异质结结构的人为设计和可控制备,提高室温下对目标气体的高灵敏选择性识别和检测.在纳米异质结的结构设计上,以TMDs材料为导电主体,在其表面生长各种纳米结构,通过对纳米异质结表面酸碱性、功函数、气体分子极性以及纳米异质结与气体分子之间的氧化还原反应性质进行调控,来构筑基于TMDs的纳米异质结.此外,控制负载在二维TMDs上纳米颗粒尺寸小于两倍电子耗尽层厚度,充分发挥纳米颗粒量子限域效应,以纳米颗粒充当传感的"天线分子"或"探针分子",实现对目标气体分子的高灵敏选择性识别和检测.