黑磷超表面等离激元诱导透明及其传感应用的研究

针对二维材料光学传感应用问题,本文提出了基于黑磷(black phosphorous,BP)设计的等离激元诱导透明(plasmon induced transparency,PIT)电磁模型。采用时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)和谐振子模型,从数值模拟和理论分析两个角度对模型的电磁特性进行了深入探讨。结果表明:BP纳米带之间的明暗模式耦合,从而形成等离激元诱导透明效应。此外,通过调整BP纳米带的结构参数和BP的载流子浓度,来动态调控PIT的位置和带宽。同时,该PIT模型对衬底折射率高度敏感,因此,这种基于BP的PIT模型为慢光器件开发、高灵敏度传感应用提供了理论依据。

金纳米粒子-黑磷异质结的光学性能研究

为了改善黑磷(BP)光探测器因BP的弱光吸收导致的光电流小和在空气中不稳定的问题,采用加热蒸发金纳米粒子(Au NP)水溶液的方法将Au NP集合到BP光探测器的表面,增强整个结构对光的吸收率和稳定性,并通过改变Au NP水溶液的加热温度控制Au NP的密度分布。结果表明,当Au NP的密度分布达到4.5×109 cm^-2时,Au NP-BP光探测器的光电流从1.02μA(BP光探测器)增加到13.36μA(电压=1 V),光响应度也相应地增加了12倍。同时,Au NP-BP光探测器的电流值在空气中保持数天无明显变化且暗电流较低。Au NP能够有效地提升光探测器的性能,有助于光探测器的实际应用。

黑磷烯尺寸对黑磷烯/羟基磷灰石混合物气敏性能的影响

采用水热法制备短棒状羟基磷灰石(HA),通过液相剥离法制备黑磷烯(black phosphorene,BP),并采用不同的离心速率分离出具有不同尺寸的BP。制备BP质量分数为7.0%的BP/HA混合物,用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜和拉曼光谱对混合物的物相组成、微观形貌和结构进行表征,同时使用气体传感系统研究纯HA以及含有不同尺寸BP的BP/HA混合物的气体传感特性。结果表明,加入BP可显著提高HA对氨气的响应,BP的尺寸越小,对HA气敏性能的提升越大。其中BP-10000/HA对浓度(气敏实验所用空气中氨气的体积分数)为100×10^(-6)的氨气的响应高达58.7%,当氨气浓度上升到1 000×10^(-6)后,响应高达98.3%。BP尺寸越小,气敏性能越好,可能是由于具有更大的比表面积,因而具备更多的活性位点。总之,BP可显著提升HA的气敏性能,BP/HA混合物是一种很有前途的室温气敏材料。