基于二硒化铌的光电及储能器件的研究

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如今,智能技术已成为人类生活中不可或缺的一部分,创新技术工作者一直在寻找能够满足这部分需求的智能高效材料。其中,光电探测器和超级电容器就是其中的两种技术。光电探测器是可以将光信号转换为电信号或其他信号的设备,目前已在生物和化学传感,医学成像,安全通信和天文研究等领域都有重要的使用。自从发现极高电离的紫外线(UV)辐射会触发许多化学过程以来,研究人员就非常清楚它们对人体健康和环境的有害影响。因此需要制造一种能感测紫外线辐射的光电探测器(PD)。并且在外量子效率(EQE)、噪声水平以及响应度等各项性能领域,对于寻找更优异性能的新材料探测器还有很多有意义的改善空间。因此,非常需要开发工艺简单性能优异的UV PD。超级电容器(SC)近来已成为具有优异电荷存储容量和功率密度的潜在技术。由于层状材料的形态和高表面积,它们被认为是存储电荷或能量的潜在候选者。同时,为了显着增强SC的电化学储能能力,对于高性能电容器电极材料的探索与研究已经成为现阶段研究的热点。为了有效地改善其性能,采用一种简单高质量的方法制备出SC具有重要意义。迄今为止,有关二硒化铌(NbSe2)的大量研究论文都集中于其超导性能。因此,需要对这两方面进行更深入的研究,我们将光电探测器和超级电容器的应用领域提供了新的思路,满足人们在光电和储能领域的需求,也为将两种新型智能技术一体化提供了思路。本文两个工作的具体内容如下:(1)第一部分工作重点研究了光电器件。在这项工作中,我们成功地使用大气压CVD通过盐和氢辅助方法在Si O2/Si衬底上合成了单晶NbSe2纳米片阵列。通过微制造技术将合成后的NbSe2纳米片阵列制成光电探测器,并对器件进行电学和光电测量。该设备表现出对紫外线的高响应性。在365 nm激光辐照以及在0.3 V偏置下,我们得到了~2.73×10~4AW-1高响应度,外量子效率更是高达92600%,光电探测器的开/关光电流比为9.8,最佳器件的上升和下降响应时间均为~5 ms。这种简单且可控的方法为生产高质量,大面积NbSe2纳米片阵列开辟了一条新途径,该阵列具有用于紫外线光电探测器的潜力。(2)第二个工作首次将NbSe2作为正极、活性碳(AC)作为负极以及配以1M KOH作为电解质组装成了NbSe2//AC非对称混合超级电容器(ASC)。剥离的NbSe2表现更薄的层状结构,有利于电解质离子的传输,在三电极测试系统下,具有超高的电化学性能,在1 Ag-1的电流密度下,比电容高达238 Fg-1,说明其表现出优异的赝电容性能并且适合作为电容器的正极材料。将NbSe2正极和活性碳负极组装成的NbSe2//AC ASC电压区间能够达到1.9 V,表明其具有更优的能量密度。结果表明,其比电容最高为39.5 Fg-1(1 Ag-1),能量密度最高达到20 Wh kg-1(1000 Wkg-1)。通过实验制备的NbSe2也为开发高性能的混合超级电容器正极材料提供了新的思路。
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