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《中国科学技术大学》 2017年
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碲纳米材料的可控制备及其光电响应特性研究

仲斌年  
【摘要】:窄带隙半导体纳米材料碲被广泛应用于红外光电探测、非线性光学、热电、生物传感等领域。目前,碲纳米材料的制备方法主要有气相沉积法、化学液相法等。其中,化学液相法因其具有产量高、操作方便等优点而被人们大量采用。然而,在碲纳米材料的液相法制备中大量采用联胺、硼氢化钠等有毒还原剂。本文开展了碲纳米材料的绿色制备,获得了五种形貌的碲纳米材料,并研究了这些碲纳米材料的光电响应特性。主要内容如下:(1)采用溶剂热法制备了尺寸均一的碲纳米线、碲纳米棒、超细碲纳米线、碲纳米管和三重碲纳米棒。考察了多个反应条件,如还原剂、表面活性剂、溶剂等对产物形貌的影响规律。给出了氢氧化钾(KOH)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和抗坏血酸水溶液(AAAS)的加入量、反应温度、反应时间与产物形貌的对应关系。讨论了尺寸均一的碲纳米棒、纳米管和三重纳米棒的生长过程;(2)研究了无序分布的碲纳米线薄膜、超细碲纳米线薄膜、三重碲纳米棒薄膜和有序排列的碲纳米线薄膜的光电响应性能。结果表明,有序排列的碲纳米线薄膜对波长为980nm的红外光具有很好的响应性能。在外加偏压为1.0 V、入射光功率为16.7 μW时,响应率达到86.52 A/W,探测器的上升时间小于1s,下降时间为1.2s。与无序碲纳米线构筑的薄膜光电探测器相比,有序碲纳米线薄膜光电探测器的响应率提高了 1000多倍,而响应时间约为无序结构的1/1150。深入讨论了两种结构的探测器性能差别的原因。
【关键词】:窄带隙半导体 碲纳米材料 溶剂热 表面活性剂 光电响应
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN304.14;TB383.1
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-11
  • 第1章 绪论11-39
  • 1.1 引言11-12
  • 1.2 半导体纳米材料的光电性质12-17
  • 1.2.1 光电探测器的评价指标13-15
  • 1.2.2 半导体纳米材料光电探测器15-17
  • 1.3 碲材料的基本性质17-18
  • 1.4 碲纳米材料的制备及自组装18-34
  • 1.4.1 化学气相沉积法18-19
  • 1.4.2 常压化学液相法19-24
  • 1.4.3 水热法和溶剂热法24-31
  • 1.4.4 碲纳米材料的自组装31-34
  • 1.5 碲纳米材料的物理性能34-38
  • 1.5.1 光电性能34-36
  • 1.5.2 热电性能36-38
  • 1.6 本论文的研究内容和意义38-39
  • 第2章 单晶碲纳米线的绿色制备39-49
  • 2.1 引言39
  • 2.2 实验部分39-41
  • 2.2.1 实验原料39
  • 2.2.2 实验设备及仪器39
  • 2.2.3 实验方法39-40
  • 2.2.4 样品测试与表征40-41
  • 2.3 结果与讨论41-47
  • 2.3.1 碲纳米线的物相及形貌表征41-44
  • 2.3.2 还原剂对碲纳米线形貌的影响44-47
  • 2.3.3 PVP的加入量对碲纳米线形貌的影响47
  • 2.4 本章小结47-49
  • 第3章 尺寸均一碲纳米棒的制备及其稳定性49-57
  • 3.1 引言49
  • 3.2 实验部分49
  • 3.2.1 实验原料49
  • 3.2.2 实验设备及仪器49
  • 3.2.3 实验方法49
  • 3.3 结果与讨论49-55
  • 3.3.1 尺寸均一碲纳米棒的形貌及结构表征49-51
  • 3.3.2 反应时间对碲纳米棒形貌的影响51-54
  • 3.3.3 PVP和AAAS对纳米棒形貌的影响54-55
  • 3.3.4 碲纳米棒的稳定性55
  • 3.4 本章小结55-57
  • 第4章 超细碲纳米线、碲纳米管和三重碲纳米棒的可控制备57-71
  • 4.1 引言57
  • 4.2 实验部分57-58
  • 4.2.1 实验原料57
  • 4.2.2 实验设备及仪器57
  • 4.2.3 实验方法57-58
  • 4.3 结果与讨论58-69
  • 4.3.1 超细碲纳米线的形貌及结构表征58-60
  • 4.3.2 PVP和AAAS对产物形貌的影响60-62
  • 4.3.3 温度对产物形貌的影响62-65
  • 4.3.4 反应时间对产物形貌的影响65-68
  • 4.3.5 碲纳米管和三重结构的生长机理68-69
  • 4.4 本章小结69-71
  • 第5章 碲纳米材料薄膜的光电响应性能71-87
  • 5.1 引言71
  • 5.2 实验部分71-73
  • 5.2.1 实验设备及仪器71
  • 5.2.3 实验方法71-73
  • 5.3 结果与讨论73-84
  • 5.3.1 无序碲纳米线薄膜光电探测器73-76
  • 5.3.2 超细碲纳米线薄膜光电探测器76-77
  • 5.3.3 三重碲纳米棒薄膜光电探测器77-78
  • 5.3.4 有序碲纳米线薄膜光电探测器78-83
  • 5.3.5 四种光电探测器的性能对比83-84
  • 5.4 本章小结84-87
  • 第6章 全文总结和展望87-89
  • 6.1 全文总结87-88
  • 6.2 展望88-89
  • 参考文献89-107
  • 致谢107-109
  • 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果109
  • 已发表论文109
  • 专利109

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