Bi2Se3拓撲絕緣體制備與力學、電化學性能研究.pdf

1、Bi2Se3是最新發(fā)現(xiàn)的一種新型三維拓撲絕緣體材料，具有一系列優(yōu)異的電學特性，在低能耗電子器件領(lǐng)域有很大應(yīng)用前景。納米尺寸的Bi2Se3成為當前的研究熱點，其合成技術(shù)還不完善，尤其是制備用于微電子器件的超大尺寸Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)還不成熟。同時，Bi2Se3的拓撲絕緣特性只有在厚度足夠薄時才表現(xiàn)出來，采用力學手段探究其表面電性與納米片厚度的依賴關(guān)系，對于可控制備滿足拓撲絕緣要求的Bi2Se3納米材料具有重要指導(dǎo)意義，另外，商業(yè)化應(yīng)用的宏

2、觀Bi2Se3塊體材料，其力學性能對器件的使用壽命也有重要影響。此外，作為層狀結(jié)構(gòu)的Bi2Se3，其層間隙遠大于鋰離子半徑，對鋰離子具有潛在的存儲能力?；谝陨涎芯勘尘埃疚膶腂i2Se3納米材料的可控制備、力學性能及其與納米片厚度的依賴關(guān)系和其對鋰離子的存儲能力等方面進行研究，探究其在微電子器件的應(yīng)用前景。
　　采用改進的氣相傳輸法，分別以Si片和Bi2Se3薄片為襯底，合成了超大尺寸的單晶Bi2Se3納米片、納米帶、納米線結(jié)

3、構(gòu)，詳細探討了溫度和襯底對其形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)其不同結(jié)構(gòu)形成主要與不同取向結(jié)合能差異有關(guān):在較高溫度下(～450℃)傾向于沿結(jié)合能較高的<001>和<10(1)0>方向生長，生成Bi2Se3納米片;在較低溫度下(～350℃)傾向于沿結(jié)合能較低的<11(2)0>方向生長，生成Bi2Se3納米帶;Bi2Se3薄片作為襯底時，起到催化劑的誘導(dǎo)形核作用，生成大尺寸Bi2Se3納米線。采用多元醇法合成了超薄Bi2Se3納米片和自組裝Bi2Se3

4、納米球，并探討了溫度、時間和表面活性劑對合成的影響規(guī)律。超薄Bi2Se3納米片的最佳合成條件是190℃/11h。利用透射電鏡清晰的觀察到Bi2Se3納米片中(104)面的孿晶界和其標準晶格原子排布。Bi2Se3納米球主要是納米晶在表面活性劑表面團聚吸附自組裝形成的。此外，將自組裝Bi2Se3納米球與氧化石墨烯(GO)進行了復(fù)合。
　　利用納米壓痕儀和原子力顯微鏡(AFM)研究了Bi2Se3塊體和Bi2Se3納米片的納米力學性能。首

5、先采用納米壓痕儀測試了塊體上剝離的兩個不同Bi2Se3薄片的納米力學性能，其硬度和彈性模量相對于傳統(tǒng)合金材料均小得多。此外，研究發(fā)現(xiàn)兩個不同薄片的硬度和彈性模量均有較大差異，可能是Bi2Se3塊體中缺陷較多導(dǎo)致。Bi2Se3薄片還表現(xiàn)出明顯的壓痕尺寸效應(yīng)，主要是剝離產(chǎn)生的表面應(yīng)力和較大的表面張力引起的。采用AFM研究了不同厚度Bi2Se3的微觀摩擦行為，發(fā)現(xiàn)了Stick-slip現(xiàn)象，是周期性晶格結(jié)構(gòu)引起的。此外，樣品厚度越小，摩擦力越