Cu2-xS和MoS2納米材料的制備及電雙穩(wěn)性能研究.pdf

1、近年來(lái)，硫族化合物半導(dǎo)體納米材料由于其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能吸引了研究人員的廣泛關(guān)注，并且應(yīng)用到了光伏器件、發(fā)光器件、電雙穩(wěn)器件、傳感器件以及生物醫(yī)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。因此，有關(guān)硫族化合物半導(dǎo)體納米材料的合成也成為研究的熱點(diǎn)，這對(duì)拓寬材料的應(yīng)用領(lǐng)域有非常重要的意義。本論文選取Cu2-xS納米晶和MoS2納米片為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了Cu2-xS和MoS2納米材料的可控合成及其在電雙穩(wěn)器件中的應(yīng)用。
　　首先，采用簡(jiǎn)單的“一鍋”法，以脂肪族硫

2、醇作為硫源和表面配體制備了不同形貌和晶相的Cu2-xS納米晶。通過(guò)改變脂肪族硫醇的碳鏈長(zhǎng)度和反應(yīng)溫度，使Cu2-xS納米晶的形貌和晶型發(fā)生了明顯變化。當(dāng)使用八硫醇和十二硫醇作為硫源和表面配體時(shí)，在200℃時(shí)所制備的產(chǎn)物為單分散的單斜晶系Cu1.94S納米球。然而當(dāng)以十八硫醇作為硫源和表面活性劑時(shí)，在200℃時(shí)所制備產(chǎn)物隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)從四方晶系Cu1.81S轉(zhuǎn)變到單斜晶系Cu194S，其形貌也從球形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楸P狀。而當(dāng)反應(yīng)溫度升高到2

3、40℃時(shí)所得產(chǎn)物為四方晶系Cu181S納米盤。不同碳鏈長(zhǎng)度的脂肪族硫醇對(duì)Cu2-xS納米晶的形貌和晶型的影響源于不同鏈長(zhǎng)的脂肪族硫醇對(duì)納米晶的生長(zhǎng)和表面抑制作用不同。另外，我們還用吸收光譜對(duì)不同碳鏈長(zhǎng)度的硫醇修飾的Cu2-xS納米晶的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明我們所制備的Cu2-xS納米晶在近紅外區(qū)域有明顯的等離子共振吸收(LSPR)特性，這可能是由于在Cu2-xS納米晶中存在多余的銅空位造成的，同時(shí)其帶隙也隨著脂肪族硫醇的碳鏈長(zhǎng)度不

4、同而發(fā)生改變。
　　然后在成功制備出不同脂肪族硫醇修飾的Cu2-xS納米晶的基礎(chǔ)之上，我們研究了它們的電學(xué)特性，結(jié)果顯示碳鏈長(zhǎng)度越長(zhǎng)其導(dǎo)電能力越弱。將不同脂肪族硫醇修飾的Cu2-xS納米晶和共軛聚合物PVK混合作為功能層制備了三明治型結(jié)構(gòu)的電雙穩(wěn)器件。在所制備器件中，十八硫醇修飾的Cu2-xS納米晶具有更明顯的電雙穩(wěn)特性，這是由于更長(zhǎng)的碳鏈的脂肪族硫醇使納米晶具有更強(qiáng)的電荷存儲(chǔ)能力。與惰性聚合物PVA復(fù)合作為功能層制備的電雙穩(wěn)器件

5、，具有更大的電流開關(guān)比，以及更加明顯的負(fù)微分電阻效應(yīng)。除此之外，我們還研究了不同性能的有機(jī)材料與十八硫醇修飾的Cu2-xS納米晶復(fù)合體系的電雙穩(wěn)器件的性能，結(jié)果均表明脂肪族硫醇修飾的Cu2-xS納米晶對(duì)器件的電雙穩(wěn)特性具有非常重要的作用。本文利用有機(jī)電子學(xué)理論模型對(duì)器件中的載流子輸運(yùn)和導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　采用直接加熱法以十二硫醇作為硫源和表面配體制備了二維MoS2納米片。通過(guò)透射電子顯微鏡(TEM)和原子力顯微鏡(AFM)對(duì)

6、材料的形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果表明所制備的材料為多層片狀結(jié)構(gòu)。X射線粉末衍射（XRD）和拉曼光譜證明了所制備的MoS2的晶型為六方晶系結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)之上，我們將MoS2納米片與聚合物PVK作為功能層制備了三明治型結(jié)構(gòu)的電雙穩(wěn)器件，該器件表現(xiàn)出明顯的電雙穩(wěn)特性，利用有機(jī)電子學(xué)理論模型對(duì)器件的載流子傳輸機(jī)制進(jìn)行了解釋，該器件在低導(dǎo)態(tài)時(shí)由低電壓時(shí)的熱電子發(fā)射模型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔?dǎo)態(tài)時(shí)的陷阱控制的電荷限制模型，當(dāng)由低導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔?dǎo)態(tài)時(shí)，其導(dǎo)電模型也轉(zhuǎn)變