据悉,石墨烯正逐渐成为全球科技界的竞争热点。而据专家介绍,除了石墨烯,还有这种二维材料也正逐步涉足科技领域。话说,你心目中的二十一世纪以来的最热门词汇有哪些?是否有3D/三维的额一席之地?尽管把它们和具体应用相分离,显得陌生了一些,但要是说到3D电影和3D打印,大家应该就不会不熟悉了吧。众所周知,在这些领域中,三维意味着有更好的视觉效果,同时也意味着更高的技术水平。然而,对于某些领域来说,事情并不是这样子的,例如,二维材料。
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二维材料中,大家较为熟知的当属石墨烯了。2004年,英国曼切斯特大学Geim小组成功分离出了单原子层的石墨材料,也就是石墨烯。自此,二维材料的概念横空出世,并随之火遍了整个科学界。也就这样,以原子组成的二维材料成功地登上了历史的舞台。
可能你们也知道,二维半导体材料具有优越独特的物理光电性能,如高透光率、高稳定性、直接带隙结构等。因此,在过去的科学界,二维材料引起了广泛的关注,在许多领域具有潜在的技术应用前景。其中,石墨烯,作为一种二维半导体材料,被广泛地应用于制造光电探测器。
但是,石墨烯光电探测器具有低响应率,较慢的光响应时间和低外部量子效率(0.1-0.2%)等局限性。所以,为了寻找其他光电探测器二维材料来提高响应率和光谱选择性,科学家们对石墨烯的关注热情也逐渐拓展到了其他的二维材料上,也因此,越来越多的二维材料被发现并研究。二维纳米材料包含过渡金属硫化物、过渡金属氧化物以及氮化硼等。
至此,我们得先搞懂什么是光电探测器?光电探测器指的是这么一类材料,这些材料受到光照辐射会引起材料本身电导率发生改变的现象。也就是说,光电探测器能把光信号转换为电信号。所以,光电探测器在民用、工业、科技、军事等领域都有着十分广泛的用途,比如,红外热成像、红外遥感、导弹制导、工业自动控制、射线测量和探测、光度计量等领域。
话说回来,近些年,过渡金属硫化物半导体(TMDCs),如二硒化钨、二硒化钼和二硫化钼等,引起研究者的极大地兴趣。而在所有过渡金属氧化物中,三氧化钨(WO3)是一种宽禁带n型半导体材料,被广泛应用于太阳能吸收、光致变色、军事隐形和燃料电池等方面。近年来,三氧化钨功能材料随半导体研究的快速发展而备受关注。
笔者开头所提及的专家言及的二维材料便是WO3材料。目前,国内对三氧化钨的研究主要集中在粉体或薄膜的制备和掺杂等范畴。掺杂后的纳米三氧化钨材料具有特殊的结构和性能,因而越来越受到人们的重视。但是,目前,关于二维三氧化钨纳米薄膜光电探测器的相关报道很少。专家发现,从仅有的几篇报告中来看,WO3光电探测器件的性能均存在响应时间慢和开关比率低等诸多问题。因此,专家们着手寻找新的薄膜制备以及器件制备的方法和思路来进一步提高WO3光电探测器的性能。
例如,有专家采用传统的化学气相沉积法合成髙品质的二维WO3纳米薄膜。报道显示,二维WO3纳米薄膜与Cr/Au电极相联,可以制得一种高性能紫外光电探测器,具有髙稳定性,可逆性,高通断率,快速响应速度,高灵敏度的优良光电性能和高外部量子效率。专家表示,这些特性为基于层状半导体材料的多功能和高性能光电探测器的制造与设计提供了许多新的思路和想法。不知诸位有何高见?
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江河 