二维对称碲烯生长机理及性能研究

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二维碲烯材料自成功合成以来,因为其优异的性能,如p型导电、铁电、压电、热电、环境稳定性、高室温迁移率和光响应等,在光电探测器、生物传感器、气体传感器、生物医药学、场效应晶体管、压电器件、能源设备、光学调制器件等方面表现出极大的应用潜力。目前,用来合成二维碲纳米结构的方法包括:液相剥离(LPE)法、化学气相沉积(CVD)法、外延生长法、水热法等。其中,水热法可以在低温条件下制备获得高质量的各种碲纳米结构,且不依赖于衬底材料的选取。本论文主要是围绕聚乙烯吡络烷酮(PVP)辅助的水热法生长制备具有对称结构的二维碲纳米片展开研究。本论文研究了在水热法合成实验中,根据PVP在生长过程中起到的表面阻断配体的作用,探讨了PVP链长即PVP分子量(PVP分子量越大,PVP链长越长)对碲纳米结构的影响。通过改变PVP分子量,即从10 K、24 K变化到58 K、130 K,研究了二维碲纳米片的产率和厚度变化。研究发现,当生长温度和时间一定时,选用中等链长的PVP,二维碲烯纳米片的产率最高,厚度更薄,可获得厚度约20纳米的碲纳米片。其中,当PVP的分子量为58 K时,碲纳米结构的产率最高,约为42.6%,碲纳米片的厚度分布为20-40纳米。同时,获得三种特殊对称形貌的碲纳米片,分别标记为“V形”、“心形”和“纸飞机形”。利用高分辨透射电子显微镜对三种特殊形貌的纳米片进行形貌和结构的系统研究,发现对称区域出现莫尔条纹,并揭示了对称形貌纳米片的生长演化机制。非线性光学的研究对材料晶体结构分析、激光技术和光谱学的发展都有重要作用。二次谐波产生(SHG)效应通常作为材料在非线性光学方面潜在应用的有力证据。本论文通过对二维碲烯纳米片在不同激发波长下的光信号强度进行分析,发现激发波长为920纳米时光信号强度最高。通过在特定激发波长下,不同激发功率对光信号强度影响的拟合分析,证实了光信号的产生是由于二次谐波产生效应引起,光信号强度二次依赖于激发功率。为了分析碲晶体取向,对偏振分辨的SHG信号进行了分析,在极坐标下,呈现哑铃形状。SHG效应的研究表明二维碲材料在非线性光学技术领域极大的发展潜力。
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