碳纳米材料-半导体量子点复合体系制备和光电性能研究

碳纳米管、石墨烯具有独特的准一维、准二维结构和优异的电学性能，但光电性能受到它们的几何结构和能带结构限制。半导体量子点具有优异的依赖尺寸的光学性能，但受到极弱导电能力的限制。为使碳纳米材料和半导体量子点在光电方面发挥优势，本项目提出制备新型定向组装碳纳米管阵列、石墨烯与半导体量子点(CdSe,CdTe)非共价复合体系，融合微纳加工和光电性能测试等技术手段，制备纳米复合体系薄膜器件并测试其电输运及光电性能。研究量子点辅助的复合体系光生载流子的转移和传输，以及碳纳米材料作为高迁移率导电通道对复合体系器件光电导、光电转化效率性能的影响。探索利用场效应对复合体系光电性能的调控。本项目对制备新型光电转化纳米复合材料、研究碳纳米材料-量子点复合体系光电探测和能量转化器件的物理基础、场效应对器件性能的调控以及改善光电转化效率的方法具有重要的科学指导意义。

通过本项目的资助，我们开展了碳纳米材料的可控制备，包括发展了改进的化学气相沉积方法(CVD)制备层数可控、高均匀性的石墨烯薄膜和液相化学法制备高质量薄层石墨烯粉体的新方法，以及碳纳米材料-半导体量子点复合体系材料的制备。结合了微纳加工器件制作方法，用光电导、低温电输运测试手段，研究了复合体系薄膜在光电吸收、转化以及电输运性能。项目执行的三年来，我们如期圆满完成了项目计划书内容，取得了一系列成果。具体成果罗列如下：实现了碳纳米材料（石墨烯）的可控制备（Scientific Reports, 3, 1134 (2013)），以及大面积层数可控的石墨烯薄膜制备（ Adv. Funct. Mater. 22, 3153 (2012)）.石墨烯薄膜与量子点的复合体系的制备（Adv. Mater. 22, 638 (2010)）。 同时，开展了石墨烯在光电、传感以及储能等方面的应用研究。在国际著名的期刊（如：Advanced Materials, Advanced Functional Material, ACS Nano, Scientific Reports等）发表了我们的工作4篇，并申请了8件国家专利，培养了10名研究人员。