基于石墨烯和Bi2SexTe3-x复合材料的高性能柔性宽波段光探测器

Advanced Electronic Materialssuzhoudaxue光是能量的一种重要体现形式,从日出的红焰,夕阳的余晖,漫天的繁星到无线电,紫外线,X射线和微波,无不让人赞叹自然界的神奇和人类发明的伟大。由于电磁学的进步,光电探测器件被越来越广泛的研究以及应用于人类军事,生产和生活的方方面面,给人们提供着巨大的便利。这些应用涉及了探测,测量,工业自动化,光度量记,红外成像和遥感等各领域。但是,人们对于光探测器的要求仍在不断提高,以更廉价的方式大规模生产具有宽波段响应和柔性特性的光电探测器逐渐成为科学界和工业界的一个重要课题。

二维层状材料,如石墨烯,氮化硼,过渡金属氧族化合物(TMD)和拓扑绝缘体(如Bi2SexTe3-x)等,虽然仅有一个或者几个原子层构成,但却展示出了非常有趣的能带结构。他们的发现已经将人们对于新材料的认识提高到了一个新的高度,并已经展现出了电子学,电磁学和光学上的独特应用和无穷的潜力。在光探测器研究方面,特别是没有带隙的石墨烯和具有非常窄带隙(0.3-0.5eV)的Bi2SexTe3-x一族的纳米二维材料为制造宽波段的光探测器提供了非常好的材料选择。 目前已经有科学家将目光放到了这类层状材料的制备和性质研究上,甚至有一些硅基底支撑的该材料的光电器件也应运而生。

Advanced Electronic Materialssuzhoudaxue1

在这个工作中,由中国苏州大学、澳大利亚莫纳什大学和新加坡国立大学组成的科研团队成功利用石墨烯和Bi2SexTe3-x的超小晶格错配 (< 0.1%),通过水热法合成了石墨烯和Bi2SexTe3-x的复合材料。 研究人员不仅利用先进的同步辐射技术原位观察了石墨烯和Bi2SexTe3-x复合材料的生长过程,研究了化学元素比例对于二维晶体材料生长中晶格的变化,还用简易的办法将该种共生的复合纳米材料加工成能够自支撑的柔性薄膜,通过直接蒸镀电极的方式制成了柔性光探测器。由于石墨烯和Bi2SexTe3-x没有或者拥有很小的带隙,所以这种复合材料能够成功用于宽波段(可见光到近红外)的光探测应用。 测试表明该复合材料器件有着非常好的机械性能,即便频繁的大幅度弯曲也不会对器件性能产生影响。 该研究展示的材料合成、加工制作的思路给柔性光电器件的发展提供了重要的指导性思路,并有益于拓展更长波长柔性光探测器的研发。

本工作以背封面文章的形式发表在Advanced Electronic Materials(DOI: 10.1002/aelm.201600077)上。

Speak Your Mind

*