發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 11:09

【摘要】：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是中學(xué)階段重要的課程,與課本理論知識(shí)相互補(bǔ)充、相互印證,也是檢驗(yàn)理論知識(shí)的標(biāo)準(zhǔn),但是物理實(shí)驗(yàn)課程長(zhǎng)期存在不被重視、模式僵硬死板等問題,這些問題大大地降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,同時(shí),學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力得不到有效的鍛煉,這將會(huì)對(duì)學(xué)生未來學(xué)習(xí)與工作產(chǎn)生負(fù)面影響,因此,推進(jìn)中學(xué)物理或者說基礎(chǔ)學(xué)科實(shí)驗(yàn)課程革新與發(fā)展就顯得很有必要。隨著工業(yè)革命與經(jīng)濟(jì)全球化的到來,全球進(jìn)入經(jīng)濟(jì)急速發(fā)展的階段,隨之而來的不斷需求的化石燃料,如煤、石油、天然氣的大量的開采為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了保障。進(jìn)而帶來的生態(tài)與環(huán)境的破壞,環(huán)境污染以及全球氣候變暖等一系列的問題對(duì)人類的生存條件與居住環(huán)境帶來的極大的損害。并且這些能源燃料不可再生且儲(chǔ)量有限,因此人類對(duì)能源的迫切需求和可持續(xù)發(fā)展迫使科學(xué)家們亟需尋找清潔、可再生的、環(huán)境友好的新能源。近年來,二維材料因其獨(dú)特的物理,化學(xué),光學(xué)等特性在光電化學(xué)儲(chǔ)能、光電傳感器、太陽能電池等領(lǐng)域得到初步發(fā)展與應(yīng)用,但仍處于摸索與探究階段。InSe作為一種重要的Ⅲ-Ⅵ族半導(dǎo)體,存在三種晶相(β,γ,ε)~([1]),這三種晶相結(jié)構(gòu)與石墨烯結(jié)構(gòu)非常相似,層間為六方結(jié)構(gòu),層與層之間依靠微弱的范德華力結(jié)合~([2]),是一種新興起的層狀二維材料,除此之外,還有一種少見的立方晶相。因其較窄的禁帶寬度,良好的可見光吸收特性,被廣泛的應(yīng)用于太陽能電池與場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FETs)等其他領(lǐng)域,但因?yàn)槠浜铣晒に囕^為復(fù)雜,制備要求較為苛刻,且價(jià)電子容易失配,易形成像InSe,In_2Se_3,In_3Se_4,In_4Se_3,In_6Se_7等不同化學(xué)計(jì)量比的半導(dǎo)體等特點(diǎn)限制了其進(jìn)一步發(fā)展~([1])。因此找到一種簡(jiǎn)單且成本可控的制備方法亟待解決。本文主要探究如何找到一種簡(jiǎn)單且高效的制備方法,主要通過簡(jiǎn)單的溶劑熱-退火兩步法成功制備出無規(guī)則納米薄片,并且通過工藝優(yōu)化,改變不同的溶劑與還原劑,優(yōu)化溶劑熱的時(shí)間,退火溫度與時(shí)間,進(jìn)一步提高了其光電響應(yīng)特性,并且從光電流產(chǎn)生機(jī)理方面(結(jié)晶度、吸收、形貌以及阻抗)合理的解釋了光電流密度提高的根本原因。本文研究?jī)?nèi)容如下:(1)選擇不同的還原劑(水合肼、乙二醇)與溶劑(去離子水、乙醇),探究不同還原劑與溶劑對(duì)材料、形貌以及性能影響,對(duì)不同還原劑與溶劑對(duì)其形貌與性能影響的主要原因進(jìn)行了探究以及不同還原劑與溶劑優(yōu)缺點(diǎn)做了比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,還原劑與溶劑在材料成核生長(zhǎng)的過程中發(fā)揮了重要作用,將直接影響材料的形貌進(jìn)而影響其性能;(2)找到合適還原劑與溶劑,成功尋找到合適的的制備方法,并對(duì)材料做一些基本的表征(XRD,SEM,EDS,TEM,HRTEM,XPS,UV-vis),進(jìn)一步分析了材料的性能,結(jié)果顯示,材料為目標(biāo)材料InSe,但存在其結(jié)晶度不夠高、形貌不規(guī)整以及光電流不夠大等缺點(diǎn);(3)針對(duì)合成出的材料存在的缺點(diǎn),需要對(duì)制備方法進(jìn)行工藝優(yōu)化,通過測(cè)試不同制備條件下的光電響應(yīng)特性,指導(dǎo)優(yōu)化制備條件,包括溶劑熱的時(shí)間(12 h、24 h)、退火溫度(250℃、300℃)與時(shí)間(2 h、4 h、6 h),進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)晶度、形貌等來提升光電性能,約為15.9μA/cm~(-2),提高約2.8倍,并從光電流產(chǎn)生機(jī)理方面(結(jié)晶度、晶格缺陷、表面微結(jié)構(gòu)、光吸收、阻抗)對(duì)光電流密度提高的原因做出合理的解釋。(4)通過自身科研經(jīng)歷與體會(huì),結(jié)合教學(xué)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的實(shí)際問題,并逐一提出一系列相應(yīng)策略與方案,并且追趕科技的浪潮,將先進(jìn)手段合理地引入課堂,為未來實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新思路。
【圖文】：

1.1 引言能源是人類發(fā)展的基礎(chǔ)，，也是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資。煤、石油、天然氣等化石燃料的大量開采，其消耗非常驚人，隨之帶來生態(tài)環(huán)境的破壞，對(duì)人類生存空間帶來了極大地傷害，而且這些化石燃料不可再生且儲(chǔ)量非常有限，據(jù) 2010 年英國石油公司（BP）公布的全球三大化石燃料，石油、天然氣與煤炭的儲(chǔ)采量分析表明，儲(chǔ)采年限分別為 46 年、59 年和 118 年，也就是說到本世紀(jì)中葉以后到下世紀(jì)初，人類社會(huì)將會(huì)面臨化石燃料的短缺甚至枯竭這一重大問題，因此人類對(duì)能源的迫切需求和可持續(xù)發(fā)展迫使科學(xué)家們亟需尋找清潔、可再生的、環(huán)境友好的新能源。這極大激發(fā)了科研工作者責(zé)任感和激情去研發(fā)尋找可替代的新型清潔能源，如太陽能，風(fēng)能，潮汐能，水能等，而在眾多新能源之中，資源量最大，分布最為廣泛的能源是太陽能[3-5]。在新能源發(fā)展與探索的過程中，太陽能電池與光電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展最為迅猛，成為最具影響力研究熱點(diǎn)之一。

圖 1.2 A 立方 MInSe2B 六方 InSe C 立方 InSe1.2 關(guān)于 InSe 制備方法InSe 發(fā)展到現(xiàn)在，主要制備方法有物理氣相沉積（PVD）[20,21]、化學(xué)氣相沉積法（CVD）[22,23]、Bridgeman-stockberger method[24-26]、脈沖激光沉積法（PLD）[27]、水（溶劑）熱法[28-30]以及模板法[31]六種方法，這幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，而且不同方法制備形貌與性能應(yīng)用各不相同。而就目前的報(bào)道來看，氣相法（CVD,PVD）在制備 InSe 方法上仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。1.2.1 物理氣相沉積（PVD）與化學(xué)氣相沉積（CVD）
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：G633.7

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本文編號(hào)：2709446