一维碳纳米管/二维二硫化钼异质结的可控制备及界面传输特性研究开题报告

 2023-10-25 09:45:21

1. 研究目的与意义

1D SWCNT与2D MoS2结合可形成颇具特色的1D/2D混合维度异质结,不仅扩大了异质结构筑材料的选择范围,SWCNT带隙随手性连续可调的特性还为精准设计异质结能带结构提供了可行性。利用化学气相沉积直接在热稳定的SWCNT上生长MoS2可原位构建1D SWCNT/2D MoS2混合维度异质结,不仅将异质结的光电探测极限扩展到近红外波段,SWCNT的取向排布结构特征还将赋予1D SWCNT/2D MoS2异质结偏振光敏感特性,进一步扩大其应用范围。但目前1D SWCNT/2D MoS2混合维度异质结的原位化学气相沉积制备仍存在许多问题。SWCNT会诱导并促进MoS2的形核与生长,但其具体生长机制仍不明确, MoS2沉积于SWCNT的上方或下方仍存在争议。此外,现有工作中均是采用低密度、手性分布随机的SWCNT与MoS2结合,难以构筑有效且能带结构可调的异质结构,这将大幅影响1D SWCNT/2D MoS2混合维度异质结性能的发挥。


2. 研究内容和预期目标

研究内容:

二维过渡金属硫族化合物(2d tmdc)具有原子级厚度与平整度、无悬挂键、电子结构及带隙大小随层数可调、强的光与物质相互作用等传统硅基半导体材料难以比拟的优势和特色,这符合对未来半导体材料及器件小型化、柔性化、多功能化等方面的发展要求,在电子及光电器件领域具有较大的应用前景。将两种或多种不同或相同的二维材料堆叠,可形成范德瓦尔斯异质结或同质结,其不仅可以充分利用两种材料各自的优异性能,调节堆叠角度形成的摩尔超晶格中还将出现可调谐的莫特绝缘态和霍夫施塔特蝴蝶 模式,产生反常的绝缘性和超导性,以及可由异质结或同质结的扭转角度、温度、栅压所调节的莫尔激子能带等,以上特征为探索和控制物质的新奇物性和激发态提供了新思路。2d材料与其他维度材料结合构成的混合维度异质结,近年来也引起了研究人员的广泛关注。比如,单壁碳纳米管(swcnt)作为一种典型的1d纳米材料,具有诸多独特物理特性,电子在管中以弹道形式传输,具有低电阻,是另一类重要的电子及光电器件材料。将1d swcnt与2d mos2堆叠可形成颇具特色的1d/2d混合维度异质结。首先, 大部分tmdc为n型半导体,而swcnt为p型半导体,故swcnt与tmdc的结合可形成p/n结,弥补了两种tmdc材料之间难以形成p/n结的缺点。其次,swcnt的能带结构由其手性控制,近年来研究人员在swcnt的手性分离方面已经取得了重大进展,可以制备出窄手性、甚至单一手性的swcnt,这为精准调控swcnt/mos2异质结界面处的能级排布提供了可行性。

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3. 研究的方法与步骤

1.通过文献阅读,深入了解一维碳纳米管/二维二硫化钼异质结,为实验开展奠定基础。

2.以负载有高密度、手性窄分布swcnt的硅片为生长衬底,通过cvd法在其表面直接生长mos2,原位制备高质量swcnt/mos2混合维度异质结。

3.通过对形核点的结构与形貌分析,揭示swcnt/mos2异质结的形核与生长机制。

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4. 参考文献

[1] 邹菁云 高, 张小品, 唐磊, 冯思敏, 金赫华, 刘碧录, 成会明. 一维碳纳米管/二维二硫化钼混合维度异质结的原位制备及其电荷转移性能[j]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2008037.

[2] li l, guo y, sun y, et al. a general method for the chemical synthesis oflarge-scale, seamless transition metal dichalcogenide electronics[j].advanced materials, 2018, 30(12): 1706215.

[3] liu c, hong h, wang q, et al.strong-coupled hybrid structure of carbon nanotube and mos2 monolayer withultrafast interfacial charge transfer[j]. nanoscale, 2019, 11(37):17195-17200.

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5. 计划与进度安排

(1)2024.02.21-2024.02.25 任务书下达,论题状况和要求介绍

(2)2024.02.21-2024.03.04 文献查阅及翻译,完成开题报告

(3)2024.03.07-2024.04.10 开展实验:基于负载有单壁碳纳米管的硅基衬底生长mos2,构建出1d swcnt/2d mos2混合维度异质结

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