低维SnS2/Bi2S3/CdS的制备及其在柔性光探测器中的应用研究

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光探测器作为重要的光电子器件之一,能够将光信号转换为电信号,已经应用于生活的各个方面,从而备受人们的关注。当前随着经济的不断发展,人们对便携化、一体化、健康化的可穿戴式电子设备的需求不断提高,使得市场对柔性器件的需求持续增长。现代柔性光探测器的发展趋势要求器件在弯曲、折叠、卷曲时仍然能够不受影响,同时期望能拥有高灵敏、高稳定等优异的性能。然而,当前具有上述性能的柔性光探测器仍然面临着器件制作困难,生产成本较高,性能不理想等实际困难,极大的限制了其实际应用。因此,迫切需求设计和制备具有低成本的,应用范围更为广泛理想光敏材料。随着科技的不断发展,纳米材料呈现出了比相对应的体相材料更优异的光、电、热等物理化学性能,这为我们设计便携式的柔性光探测器提供了机遇。本文以低维纳米材料为研究对象,采用简单水热方法合成SnS2、Bi2S3、CdS,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见光谱等测试手段对样品进行结构表征并利用Zennium电化学工作站对其光电转化性能进行了研究。本论文的研究工作主要包括以下三个方面:(1)二维(2D)SnS2由于其无毒性等特点成为现代电子学和光电子学的候选材料,备受研究者关注。采用水热法制备所需材料。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见光谱等手段对合成产物的结构、形貌、组成等进行了表征,分析结果表明合成产物为纯相二维SnS2六方纳米盘。同时,运用悬涂法将样品沉积在柔性的ITO电极上通过液相自组装制备成柔性的光探测器件。之后对该自制器件进行光电转化性能测试。以388 nm的单色激光为光源对自制柔性光探测器进行了不同弯曲次数(0,30,60,90,120次)和不同弯曲度(0°-180°)的光谱响应研究,发现它具有稳定性好、重现性好的特点。此外,自制光探测器还显示出成本低、环境友好和可见光波长范围内性能良好,响应时间t<3.5s等优点。基于上述结果,这项研究为制造低成本、柔性的光探测器提供了可能。(2)以L-半胱氨酸为S源,使用水热法合成Bi2S3纳米材料。运用简单悬涂法组装了柔性光探测器。使用Zennium电化学工作站测试该自制器件的光电转化性质。在388 nm的单色激光照射下,器件在重复开关电流-时间(I-t)测试中展现出优异的开关切换的再现性;在不同弯曲度(0-180°)下的电流-时间(I-t)测试中表现出良好的柔韧性;通过测试和计算该器件的响应时间t<3.4s。本工作把硫化铋纳米花结构纳入了柔性光电转化领域,丰富了硫属化合物纳米材料在柔性光电转化领域的应用研究。(3)CdS在光电转化、光致发光、非线性光学、光吸收等方面有非常好的应用前景。我们以硫脲为硫源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,采用水热法合成CdS纳米材料。对制备的CdS材料进行了X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线光电子能谱等表征。以388 nm的单色激光为光源对自制柔性光探测器进行了不同弯曲次数(0,30,60,90,120次)和不同弯曲度(0°-180°)的测试,光电性能的测试结果表明,器件有良好的柔韧性及重复性,在一定程度上满足了人们在实际应用中对柔性器件的需求。
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