基于二维铋烯的光电化学型柔性光电探测器构筑及其性能研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wychao1014
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光电化学型(PEC)光电探测器作为一种新型的可自供电的光电探测器,由于电子和空穴受到固液接触所形成的特殊动力学机制的影响,会发生定向的电子移动而产生电流,因此无需外部电源即可工作。除此之外,因其生产成本低和制造工艺简单的特点,其在各种自供电型的光电探测器中展现出不俗的表现。然而,普通的PEC型光电探测器在具有三电极系统的液体电解质环境中工作,这种复杂的系统增加了光电探测器的重量和体积,这将限制其在柔性电子设备中的实际应用。因此,如果能够将PEC型光电探测器制造为具有可折叠的便携式固体装置,那么开发新型光电装置将具有极其重要的意义。光敏材料作为柔性器件的关键部件,是影响柔性器件性能的重要因素。然而,传统的刚性材料易碎,反复折叠后易损坏,导致柔性器件性能较差等因素限制了柔性器件的实际应用。近年来,二维材料在材料学领域受到了热捧,由于其原子级别的厚度导致其表面的载流子迁移和热量扩散被限制在二维平面内,因而展现出许多奇特的理化性质。此外,相比于块体材料而言,二维材料具有良好的柔韧性和延展性使得其在柔性器件领域具有良好的发展前景。铋烯,晶格结构与石墨烯类似,是一种新兴的半金属或半导体材料,具有可调的带隙(0.32-0.8 e V)和极高的载流子迁移率并且在空气环境中具有很高的稳定性,被视为在光电器件领域拥有很好的应用前景。本文主要以液相剥离法获得高质量的铋烯纳米片为光敏材料,以光电化学型光探测器为研究对象,通过以固态电解液代替传统电解液来实现光电化学型光探测器的便携化和柔性化。为此,我们首先将二维液体剥离的铋纳米片用作设备的柔性光敏材料。除此之外,我们提出了用准固体电解质代替传统电解质的方法,并构造了一种具有三明治状结构的柔性准固态电化学光电探测器。与带有液体电解质的传统PEC型光电探测器相比,它大大减小了电化学光电探测器的体积。除此之外,准固态电解质可以更好地成形并适应不同的表面,并且在器件折叠过程中可以防止电解质泄漏问题。通过将柔性铟锡氧化物(ITO)用作基材,将二维铋纳米片用作光敏材料,制成的光电检测器具有出色的柔韧性。弯曲稳定性测试表明,在不同弯曲角度下都有很好的稳定性,以及经过一百多次的折叠弯曲后,其与原始光电流密度相比没有明显的衰减,这些都表明PEC型光探测器在可穿戴和柔性电子应用中显示出可观的优势。
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