SnE(E=S、Se、Te)纳米材料的制备及物性研究

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锡的硫族化合物SnE(E=S、Se、Te)半导体材料具有优异的光、电、热等性质,在光电探测、热电和光伏器件等领域具有广泛的应用。通过降低材料的维度尺寸,改变其形貌微结构,可以调控其物化性质,提升其应用性能。因此,半导体纳米材料的制备与结构的调控研究具有重要意义。本论文采用溶剂热法和真空热蒸发法,制备了SnS1-xSex三元合金纳米带、SnSe/Bi2Se3纳米片异质结以及Bi掺杂的SnTe高取向纳米阵列膜,对所得纳米材料的物相、形貌结构、微结构及物性进行了表征。主要研究结果如下:(1)采用水热法制备了SnS1-xSex(名义组份x=0,0.1,0.2,0.4)三元合金纳米带。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、场发射透射电镜(FETEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)以及紫外可见近红外光谱(UV-vis-NIR)对样品的物相组成、形貌特点、微结构、化学组份及价态、声子振动和光学带隙进行了表征分析。结果显示,样品形貌为表面光滑的柔性一维单晶纳米带,长度可达十微米以上,Se掺杂入SnS晶格中替代S原子形成正交晶相三元合金,具有良好的结晶性。随着Se的掺杂浓度的增大,纳米带的光学带隙从1.15 e V逐渐减小到1.01 e V,表明通过掺杂Se,实现了纳米带的光学带隙调控。(2)、通过溶剂热结合真空热蒸发两步法,制备出了SnSe/Bi2Se3纳米片异质结。首先用溶剂热法制备出形貌均匀的Bi2Se3纳米片,再以之为衬底,以SnSe粉末为蒸发源,利用真空热蒸发法生长SnSe/Bi2Se3纳米片异质结。利用X射线衍射和扫描电子显微镜表征分析了样品的物相和形貌,结果显示在三方结构的Bi2Se3纳米片上沉积得到了均匀分布的SnSe纳米颗粒,可以通过热蒸发实验参数调控纳米颗粒的厚度和密度。(3)、通过真空热蒸发法制备出了Bi掺杂的SnTe高取向纳米柱阵列膜,使用X射线衍射和扫描电子显微镜对样品的物相、组分、形貌结构、元素价态及电输运性质进行了表征分析。结果分析显示,Bi掺杂到立方相SnTe晶格中,样品为具有高度取向的纳米柱阵列膜,且纳米柱的大小及膜的厚度可通过热蒸发参数进行调控,室温下,高度取向的阵列结构及Bi掺杂优化提升了SnTe热电材料的电输运性能。总之,本论文利用不同的实验方法,制备出了Se掺杂的SnS纳米带、新型SnSe/Bi2Se3纳米片异质结和Bi掺杂的SnTe纳米柱阵列膜,调控了SnE(E=S、Se、Te)半导体纳米材料的形貌和微结构,有望实现材料的光、电、热性质优化,为扩展材料的应用打下研究基础。
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