多元硫族纳米材料的溶剂热法制备及光电性质研究.pdf

《多元硫族纳米材料的溶剂热法制备及光电性质研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、多元硫族纳米材料的溶剂热法制备及光电性质研究李劲2015年6月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540多元硫族纳米材料的溶剂热法制备及光电性质研究作者姓名李劲学院名称材料学院指导教师邹炳锁教授答辩委员会主席张韫宏教授申请学位工学博士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月SynthesisofMultiplechalcogenidesNanomaterialsbySolvothermalMethodandtheElectro-opticalProperties

2、ResearchCandidateName：JingLiSchoolorDepartment:MaterialScienceandEngineeringFacultyMentor:Prof.BingsuoZouChair,ThesisCommittee：Prof.YunhongZhangDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyThe

3、DateofDefence：June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：2015年月日北京理工大学博士学位论文摘要光电材料是人们解决新信息技术和能源技术的重要基

4、础，传统二元材料的基本特性和应用范围都已经有了全面而深入的研究，开拓新的多元材料及其应用实乃拓展相关技术进步的当务之急。融合了纳米技术与光子学的纳米光子学学科，主要解决在与光波长相当或亚波长尺度上光与物质的相互作用的根本原理，其在物理学、化学、工程学、生物学、生物医药等等方面都提出了新的问题，也创造出了新的机会。在近十年来得到了飞速发展，作为一门独立的学科分支，纳米光子学让人们有了更多新的视角来审视光与物质的相互作用，这些视角也能让人们可以获得更多的新物性和应用。传统的二元化合物半导体材料主要有1

5、）Ⅱ-VI族半导体材料，由Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te、O形成的化合物，典型代表为ZnS、CdTe、HgTe。2）III-V族半导体材料，由Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb形成的化合物，典型代表为GaAs。3）IV-IV族半导体材料，典型代表为SiC和Ge-Si。这些二元半导体材料因其具有独特能带结构和性质，在光电器件、微波器件、红外器件和超高速微电子器件及电路方面都已经得到了广泛的应用。二元的半导体纳米材料的物性及应用研究开发，在过去数十年中，已经十分全面深入

6、。然而，仍有诸多新的物性需求、应用需求尚未能满足。故而人们将研究焦点扩展至新的多元材料，试图寻找到新材料，探索其新的物性和新场景下的新应用，这是当前研究的机会也是迫切的需要。尽管目前已经有一些新的多元化合物纳米材料被制备和研究，但是从深度和广度上以及应用领域方面都还是很不够的。本论文试图用低成本、便捷的溶剂热法合成多元硫族半导体纳米材料，并实现形貌控制；并重点进行了其光电性质的研究，为器件应用做好物性准备；最后，通过制备器件简单展示了其在光电器件中应用的潜力。具体研究内容如下所述：(1)从二元的C

7、uS及Bi2S3材料合成开始，系统研究了三元Cu-Bi-S纳米材料合成的影响因素，分别合成了Cu3Bi3S7纳米棒、Cu4Bi4S9纳米线以及Cu4Bi4S9纳米带。表征结果说明所制备的Cu-Bi-S三元硫族系列纳米材料均具有相当高的品质。实验发现溶剂沸点和反应温度之间的差值在Cu4Bi4S9纳米带的生长过程中扮演了重要角色，通过控制溶剂沸点和反应温度之间的差值，以调节晶体生长的成核和生长速率，最终实现了Cu4Bi4S9纳米带可控的超长生长。I北京理工大学博士学位论文(2)系统研究了溶剂热法合成的

8、一维Cu-Bi-S基纳米材料的光电性质。通过吸收光谱测量确定Cu4Bi4S9纳米材料的光学带隙为0.93eV，所得数值与循环伏安法测得到的带隙1.05eV相当，电化学还得到Cu4Bi4S9纳米材料的价带顶能级位置为-5.24eV和导带底能级位置为-4.19eV。进一步制备了单根Cu4Bi4S9纳米线器件，并对其电输运性质和光电导性质进行了研究。研究表明，Cu4Bi4S9纳米线在10-140K温度区域时，表现为典型的半导体。在150-300K温度区域时，Cu4Bi4S9纳米线的载流子