Se-SWCNTs/Se-BNNTs一维范德华异质结的制备及光电性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hlayumi
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以单壁碳纳米管(SWCNTs)和氮化硼纳米管(BNNTs)为代表的一维范德华纳米管由于化学惰性和无悬挂键的表面,被认为是可通过范德华力与其它材料集成的理想平台。中空结构使一维原子晶体(纳米管、纳米线和纳米带)能够填充它们的内部空间,形成独特的同轴一维范德华异质结构,其在新型纳米电子、光电子器件及光电集成系统等方面均有广阔的应用前景。本文在成功制备高质量BNNTs的前提下,使用具有一维结构的硒(Se)对SWCNTs和BNNTs进行填充,分别构建了Se-SWCNTs和Se-BNNTs一维范德华异质结构。首先研究了Se在两种纳米管限域空间内结构和物理性质的变化;其次探索了使用Se-SWCNTs一维范德华异质结构建高性能光电探测器的可行性,为实现一维范德华异质结构的功能电子及光电子器件应用提供了思路。研究表明,使用化学气相沉积的方法制备BNNTs时,反应温度和时间会显著影响BNNTs的结晶质量。在生长温度1200℃、生长时间90 min的最佳条件下,实现了高质量、大长径比BNNTs的宏量制备。随后使用物理气相运输的方法,在保温温度700℃、保温时间72 h的条件下,成功地构建了Se-BNNTs一维范德华异质结构。Se在BNNTs的内部主要以t-Se的形式存在,填充率可达80%,最大填充长度可达1μm,观察到的最小直径为6 nm。小直径BNNTs由于具有更强的空间限域效果,其内部Se NW的(101)晶面间距会增大。由于声子限制效应,BNNTs内部Se NW对应的Raman特征峰还出现了最高约2 cm-1的蓝移。此外,对Se-BNNTs一维范德华异质结的热稳定性研究表明,BNNTs内部的Se NW在125℃时依旧能保持稳定,而单一Se NW在105℃时便开始损坏。采用相同的物理气相运输法成功地构建了Se-SWCNTs一维范德华异质结构,Se在SWCNTs内部以平行的双原子链形式存在,这种腔体内Se原子链的振动产生了位于219.2 cm-1处独特的Raman特征峰。随后使用溶剂蒸发诱导自组装的方式,制备了结构规整的Se-SWCNTs一维范德华异质结构条纹阵列。获得的条纹阵列具有良好的偏振特性,微观上大部分单根Se-SWCNTs一维范德华异质结构沿着平行于条纹阵列的方向排列。基于该阵列制备的光电探测器最高响应度为1.087μA W-1(635 nm),响应时间为0.25 s(450 nm)。
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