北交大合成新物質(zhì)可用于太陽能電池和柔性光電子器件
2014年12月09日 8:27 4703次瀏覽 來源： 中國有色金屬報 分類： 新技術(shù)
近日，北京交通大學(xué)理學(xué)院光電子技術(shù)研究所王永生教授課題組將兩種不同的單原子層物質(zhì)像積木一樣進(jìn)行堆疊，從而得到了一種新的物質(zhì)。這種由單層石墨烯與單層二硫化鎢組成的新物質(zhì)可以應(yīng)用于太陽能電池以及柔性光電子器件。該研究成果發(fā)表在2014年11月25日的《自然-通訊》雜志上。
人類試圖合成具有協(xié)同性的功能性材料由來已久。其最大的困難是由于不同材料在其表面的原子分布不同，所以絕大多數(shù)的材料不能粘合在一起。因此，新的材料只能有具有十分相似的原子分布的材料組合而成，而原子分布相似的材料往往具有相似的特性，因而不能夠形成互補(bǔ)。
課題組研究人員采用層狀晶體來解決這一難題。傳統(tǒng)材料中的原子在每個方向上都受到很強(qiáng)的束縛力，而層狀晶體材料的原子在單獨的原子層內(nèi)受到很強(qiáng)的束縛力，而在兩層之間通過一種叫做“范德瓦耳斯力”的微弱作用力連在一起。由于層與層之間的作用力較弱，因此可以任選兩種材料，并將一種材料都放到另外一種材料的上面。這種方法可以將更多的材料粘合在一起，從而制造數(shù)量可觀的新材料，進(jìn)而改變整個材料科學(xué)界。
研究人員利用透明膠帶，采用機(jī)械剝離的方法從石墨晶體上制備出單層的石墨烯，并轉(zhuǎn)移到一種硅的襯底上。然后，利用相同的方法得到單層的二硫化鎢。在顯微鏡的輔助下，可以精確地將石墨烯覆蓋到二硫化鎢上。為了去除制備過程中引入的不必要的雜質(zhì)，該材料被加熱到260攝氏度處理半小時。這種方法可以使兩層之間的作用力將雜質(zhì)擠出去，從而留下一個干凈的表面。
眾所周知，石墨烯擁有極高的電子遷移率，而單層的二硫化鎢可以高效吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)化成電能。這種新型材料可以結(jié)合這兩種特性，有效提高太陽能電池的性能。研究人員正在對其他類似材料進(jìn)行深入研究。該項工作對于實現(xiàn)高性能二維半導(dǎo)體器件提供了一條有效途徑。
責(zé)任編輯：趙天寧
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