In2Se3二维层状材料具有优异的光电、热电和铁电特性。目前In2Se3二维层状材料大部分通过对化学气相输运(CVT)法制备的块体In2Se3进行机械剥离获得, CVT法制备工艺复杂、制备时间长、成本高, 与之相比, 布里奇曼(B-S)法具有制备工艺简单、制备效率高、成本低的优势。为此, 本文对CVT法和B-S法制备的块体In2Se3分别进行了机械剥离, 并转移到SiO2/Si(111)基底, 获得了相应的二维层状In2Se3样品。同时利用原子力显微镜(AFM)、激光拉曼和X射线衍射(XRD)对两样品进行表面形貌、晶格振动谱和结晶质量的测量, 发现用B-S法制备、剥离的样品具有与CVT法制备、剥离样品几乎相同的表面原子级平整度和单晶结晶质量。本文为高质量二维层状In2Se3材料的获得提供了更为经济实用的途径。
二维层状材料 机械剥离 化学气相输运法 布里奇曼法 In2Se3 In2Se3 two-dimensional layered material mechanical exfoliation chemical vapor transport method Bridgman method
1 河北工业大学理学院, 天津 300401
2 北华航天工业学院电子与控制工程学院, 廊坊 065000
本文利用第一性原理计算并结合玻尔兹曼输运方程, 预测了一种热电性能优良的新型Bi2Te3基材料, 即单层BiSbTeSe2。通过系统计算单层BiSbTeSe2的电子能带结构和热电输运性质, 发现单层BiSbTeSe2在300 K时的塞贝克系数达到最高值(522 μV· K-1), 在500 K时功率因子与弛豫时间的比值最大为5.78 W· m-1·K-2·s-1。除此之外, 单层BiSbTeSe2还具有较低的晶格热导率和较高的迁移率。在最佳p型掺杂下, 单层BiSbTeSe2在500 K时的热电优值 ZT高达3.95。单层BiSbTeSe2的优良性能表明其在300~500 K的中温热电器件领域具有潜在的应用价值, 可以为进一步开发高性能Bi2Te3基热电材料提供设计依据。
第一性原理 Bi2Te3基材料 电子结构 热电输运 热电优值 层状材料 first-principle Bi2Te3-based material electronic structure thermoelectric transport thermoelectric figure of merit layered material
1 云南师范大学物理与电子信息学院，昆明 650500
2 云南省光电信息技术重点实验室，昆明 650500
以MoS2、GeS为代表的二维层状材料在光学、电学等方面表现出优异的物理性能。如何将两者的优良性能结合，同时获得具有新的协同功能的复合材料对电子器件的发展和应用具有重要意义。本文采用密度泛函理论的第一性原理计算方法，对GeS/MoS2异质结的电子结构及光学性质进行了系统研究，并探索了界面间距、应变和电场对异质结电子结构和光学性能的影响。研究结果表明，GeS/MoS2异质结是Ⅱ型能带排列，该能带排列有利于光生电子-空穴对的分离。进一步研究发现，通过应变和电场等手段可以实现对GeS/MoS2异质结能带排列及光吸收系数的有效调控。该研究结果表明GeS/MoS2异质结在光催化、光电器件等领域具有潜在的应用，为设计与制备GeS/MoS2相关的光电器件提供了理论指导。
GeS/MoS2异质结 二维层状材料 电子结构 光学性能 界面间距 应变 电场 第一性原理 GeS/MoS2 heterojunction two-dimensional layered material electronic structure optical property interlayer distance strain electric field first-principle
1 南通大学 信息科学技术学院 江苏省专用集成电路设计重点实验室，江苏 南通 226019
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
自石墨烯时代以来，具有独特物理、化学和光电特性的二维层状材料(Two-Dimensional Layered Materials，2DLMs)得到了国内外科研人员的广泛关注。2DLMs因其种类的多样化与带隙的层数依赖性，光谱响应范围覆盖了紫外到红外辐射的极宽波段，具有应用于新一代光电探测器件的潜力。此外，2DLMs不受晶格匹配的限制，能以范德瓦尔斯力(Van der Waals，vdWs)与其他维度材料如体材料、纳米线和量子点等结合，制备得到性能独特且优异的复合结构器件。文中概述了几种应用在光电探测器领域的新型2DLMs异质结光电探测器的研究进展，主要包括基于二硒化钨(WSe2)、黑砷磷(AsP)、三硫化铌(NbS3)、二硒化钯(PbSe2)等异质结光电探测器，这些异质结光电探测器在异质结器件结构设计与新型二维半导体工艺技术应用方面做出了创新，在器件增益、结整流比、响应速度与波长探测范围等多个重要器件性能方面获得了突破性的研究成果。同时，文中还简要分析了这类器件研究当前所面临的挑战，并对其未来的发展方向进行了展望。
二维层状材料 异质结 光电探测器 two-dimensional materials heterojunction photodetector 红外与激光工程
2021, 50(1): 20211018
中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 先进能源材料工程实验室(筹), 宁波 315201
近年来, 三元层状碳氮化合物(MAX相)及其衍生二维纳米材料MXene受到了科学界的广泛关注。MAX相的晶体结构由Mn+1Xn结构单元与A元素单原子面交替堆垛排列而成, 兼具金属和陶瓷的诸多优点, 在高温结构材料、摩擦磨损器件、核能结构材料等领域有较大的应用潜力。MAX相的A层原子被刻蚀之后获得成分为Mn+1XnTx(Tx为表面基团)的二维纳米材料, 即MXene, 具有丰富的成分组合以及可调谐的物理化学性质, 在储能器件、电磁屏蔽、电子器件等领域表现出良好的应用前景。本文简要介绍近年来国内外MAX相和MXene材料领域在成分与结构、合成方法、性能与应用研究等方面的研究动态, 据此展望未来几年该类新颖材料的发展方向。
MAX相 MXene 层状材料 综述 MAX phase MXene layered materials review
1 长春理工大学 理学院,长春 130022
2 南京理工大学 理学院,南京 210094
从经典热传导方程出发,建立了单个短脉冲激光作用双层材料的二维轴对称物理模型,在考虑材料热物理参数随温度变化的基础上,采用有限元方法模拟了材料的瞬态温度场,得到了激光作用中和作用后铝-玻璃系统的温度时空分布。数值研究结果表明,在激光作用期间,系统表面的温度分布主要取决于作用激光的能量分布特性,并且金属材料的趋肤效应导致系统在厚度方向的温升范围很浅;在激光作用后,系统内部的热量在热传导作用下从高温区移向低温区,并且厚度方向的温升范围随着表面温度降低而不断扩大,但由于铝的热传导系数比玻璃大得多,所以温升主要停留在铝膜层。
脉冲激光 层状材料 有限元方法 温度场 pulsed laser layered materials finite element method temperature fields
