Cu2-xS和MoS2纳米材料的制备及电双稳性能研究

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近年来,硫族化合物半导体纳米材料由于其优异的物理和化学性能吸引了研究人员的广泛关注,并且应用到了光伏器件、发光器件、电双稳器件、传感器件以及生物医学等相关领域。因此,有关硫族化合物半导体纳米材料的合成也成为研究的热点,这对拓宽材料的应用领域有非常重要的意义。本论文选取Cu2-xS纳米晶和MoS2纳米片为研究对象,系统研究了Cu2-xS和MoS2纳米材料的可控合成及其在电双稳器件中的应用。首先,采用简单的“一锅”法,以脂肪族硫醇作为硫源和表面配体制备了不同形貌和晶相的Cu2-xS纳米晶。通过改变脂肪族硫醇的碳链长度和反应温度,使CU2-XS纳米晶的形貌和晶型发生了明显变化。当使用八硫醇和十二硫醇作为硫源和表面配体时,在200℃时所制备的产物为单分散的单斜晶系Cu1.94S纳米球。然而当以十八硫醇作为硫源和表面活性剂时,在200℃时所制备产物随着反应时间的延长从四方晶系Cu1.81S转变到单斜晶系Cu1.94S,其形貌也从球形逐渐转变为盘状。而当反应温度升高到240℃时所得产物为四方晶系Cu1.81S纳米盘。不同碳链长度的脂肪族硫醇对Cu2-xS纳米晶的形貌和晶型的影响源于不同链长的脂肪族硫醇对纳米晶的生长和表面抑制作用不同。另外,我们还用吸收光谱对不同碳链长度的硫醇修饰的Cu2-xS纳米晶的光学性质进行了研究,结果表明我们所制备的Cu2-xS纳米晶在近红外区域有明显的等离子共振吸收(LSPR)特性,这可能是由于在CU2-xS纳米晶中存在多余的铜空位造成的,同时其带隙也随着脂肪族硫醇的碳链长度不同而发生改变。然后在成功制备出不同脂肪族硫醇修饰的CU2-xS纳米晶的基础之上,我们研究了它们的电学特性,结果显示碳链长度越长其导电能力越弱。将不同脂肪族硫醇修饰的Cu2-xS纳米晶和共轭聚合物PVK混合作为功能层制备了三明治型结构的电双稳器件。在所制备器件中,十八硫醇修饰的CU2-XS纳米晶具有更明显的电双稳特性,这是由于更长的碳链的脂肪族硫醇使纳米晶具有更强的电荷存储能力。与惰性聚合物PVA复合作为功能层制备的电双稳器件,具有更大的电流开关比,以及更加明显的负微分电阻效应。除此之外,我们还研究了不同性能的有机材料与十八硫醇修饰的CU2-xS纳米晶复合体系的电双稳器件的性能,结果均表明脂肪族硫醇修饰的Cu2-xS纳米晶对器件的电双稳特性具有非常重要的作用。本文利用有机电子学理论模型对器件中的载流子输运和导电机理进行了探讨。采用直接加热法以十二硫醇作为硫源和表面配体制备了二维MoS2纳米片。通过透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对材料的形貌进行了表征,结果表明所制备的材料为多层片状结构。X射线粉末衍射(XRD)和拉曼光谱证明了所制备的MoS2的晶型为六方晶系结构。在此基础之上,我们将MoS2纳米片与聚合物PVK作为功能层制备了三明治型结构的电双稳器件,该器件表现出明显的电双稳特性,利用有机电子学理论模型对器件的载流子传输机制进行了解释,该器件在低导态时由低电压时的热电子发射模型逐渐转变为高导态时的陷阱控制的电荷限制模型,当由低导态转变为高导态时,其导电模型也转变为欧姆接触模型。以上结果证明硫醇修饰的MoS2纳米片对器件的电双稳特性有着非常重要的作用,说明脂肪族配体修饰的二维材料也是一种潜在的电双稳材料。
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