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北交大新物质可用于太阳能电池和柔性光电子器件

本文摘要:近日,北京交通大学理学院光电子技术研究所王永生教授课题组将两种有所不同的单原子层物质像积木一样展开填充,从而获得了一种新的物质。这种由单层石墨烯与单层二硫化钨构成的新物质可以应用于太阳能电池以及柔性光电子器件。该研究成果公开发表在2014年11月25日的《大自然-通讯》杂志上。 人类企图制备具备协同性的功能性材料由来已久。但将两种仅有单原子层厚度的材料合在一起是一个艰苦的任务。其仅次于的艰难是由于有所不同材料在其表面的原子产于有所不同,所以绝大多数的材料无法黏合在一起。

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近日,北京交通大学理学院光电子技术研究所王永生教授课题组将两种有所不同的单原子层物质像积木一样展开填充,从而获得了一种新的物质。这种由单层石墨烯与单层二硫化钨构成的新物质可以应用于太阳能电池以及柔性光电子器件。该研究成果公开发表在2014年11月25日的《大自然-通讯》杂志上。

  人类企图制备具备协同性的功能性材料由来已久。但将两种仅有单原子层厚度的材料合在一起是一个艰苦的任务。其仅次于的艰难是由于有所不同材料在其表面的原子产于有所不同,所以绝大多数的材料无法黏合在一起。因此,新的材料不能有具备十分相似的原子产于的材料组合而成,而原子产于相近的材料往往具备相近的特性,因而不需要构成有序。

  课题组研究人员使用层状晶体来解决问题这一难题。传统材料中的原子在每个方向上都受到很强的束缚力,而层状晶体材料的原子在分开的原子层内受到很强的束缚力,而在两层之间通过一种叫作范德瓦耳斯力的黯淡作用力连在一起。

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由于层与层之间的作用力较强,因此可以自由选择两种材料,并将一种材料都放在另外一种材料的上面。这种方法可以将更加多的材料黏合在一起,从而生产数量相当可观的新材料,进而转变整个材料科学界。  课题组研究人员利用透明胶带上,使用机械挤压的方法从石墨晶体上制取出有单层的石墨烯,并移往到一种硅的衬底上。

然后,利用完全相同的方法获得单层的二硫化钨。在显微镜的辅助下,可以准确地将石墨烯覆盖面积到二硫化钨上。为了除去制取过程中引进的不必要的杂质,该材料被冷却到260摄氏度处置半小时。

这种方法可以使两层之间的作用力将杂质挤出去,从而留给一个整洁的表面。  论文第一作者、北京交通大学理学院光电子技术研究所博士研究生何家琪,与美国堪萨斯大学的合作者一起对这种新型材料展开了超快激光光谱的测量,找到在1皮秒(1万亿分之一秒)内,从激光脉冲中吸取能量的电子完全全部从二硫化钨移往到石墨烯中。众所周知,石墨烯享有极高的电子迁移率,而单层的二硫化钨可以高效吸取太阳光并将其转化成电能。这种新型材料可以融合这两种特性,有效地提升太阳能电池的性能。

研究人员正在对其他类似于材料展开深入研究。该项工作对于构建高性能二维半导体器件获取了一条有效途径。  该项研究获得国家重点基础研究发展计划(973计划),2011CB932700项目和国家自然科学基金重点项目、面上项目及北京交通大学信息科学与技术创新引智基地项目的资助。


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