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廣東鴻凱智能科技有限公司 2018-07-11 點(diǎn)擊2130次
近日,，來(lái)自美國(guó)堪薩斯大學(xué)（KU）研究人員將石墨烯層與另外兩個(gè)原子層（二硒化鉬和二硫化鎢）連接起來(lái)，從而將石墨烯中激發(fā)電子的壽命延長(zhǎng)了數(shù)百倍,。這項(xiàng)研究可以高效地加速超薄和柔性太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā),。
石墨烯是十年來(lái)最熱門的材料。僅在2017年,，全球就發(fā)表了超過(guò)30,000份關(guān)于石墨烯的研究論文,。 近日，來(lái)自美國(guó)堪薩斯大學(xué)（KU）物理學(xué)和天文學(xué)系的兩位研究人員,，Hui Zhao教授和研究生Samuel Lane,，將石墨烯層與另外兩個(gè)原子層（二硒化鉬和二硫化鎢）連接起來(lái)，從而將石墨烯中激發(fā)電子的壽命延長(zhǎng)了數(shù)百倍,。該發(fā)現(xiàn)將發(fā)布在Nano Futures上,，這是一份新發(fā)行的、高度選擇性的期刊,。 KU的這項(xiàng)研究可以高效地加速超薄和柔性太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā),。 對(duì)于電子和光電子應(yīng)用，石墨烯具有優(yōu)良的電荷傳輸性能,。根據(jù)相關(guān)研究,，電子在石墨烯中的移動(dòng)速度是光速的1/30，比其他材料要快得多,。這可能意味著石墨烯可以用于太陽(yáng)能電池,，太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能從陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能。但是石墨烯有一個(gè)很大的缺點(diǎn),，阻礙了這種應(yīng)用,，就是它激發(fā)電子的壽命超短(即電子保持移動(dòng)的時(shí)間)，只有大約1皮秒(百萬(wàn)分之一秒，或10-12秒),。 KU的研究員表示,，以石墨烯為工作材料實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池高效率的最大挑戰(zhàn)之一就是釋放出的電子：“電子的數(shù)量，取決于他們?cè)诒还饩€解放后能夠保持移動(dòng)的平均時(shí)間,。在石墨烯中,，電子僅在一皮秒內(nèi)保持自由。這對(duì)于積累大量移動(dòng)電子而言太短,。這是石墨烯的固有特性,，并且已經(jīng)成為將該材料應(yīng)用于光伏或光敏器件的一個(gè)很大的限制因素。換句話說(shuō),，盡管石墨烯中的電子可以通過(guò)光激發(fā)而變得可移動(dòng)并且可以快速移動(dòng),，但它們只能保持移動(dòng)太短的時(shí)間來(lái)為電力做出貢獻(xiàn)?！?/p> 新論文報(bào)告說(shuō),，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)使用所謂的范德瓦爾斯材料來(lái)解決,。他們的方法原則很容易理解,。 為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們?cè)贙U的超快激光實(shí)驗(yàn)室工作,，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種三層材料,，將單層MoSe2，WS2和石墨烯疊放在一起,。 研究人員解釋說(shuō)：“我們可以把MoSe2和石墨烯層想象成兩個(gè)滿是學(xué)生坐在一起的教室,，而中間的WS2層則作為分隔兩個(gè)房間的走廊。當(dāng)光線照射到樣品上時(shí),，MoSe2中的一些電子被釋放出來(lái),。他們被允許穿過(guò)WS2層走廊進(jìn)入另一個(gè)房間，這是石墨烯,。然而,，走廊經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，以便電子必須在MoSe2中離開(kāi)座位,。一旦進(jìn)入石墨烯,，他們別無(wú)選擇，只能保持移動(dòng),，從而有助于電流,，因?yàn)樗麄兊淖灰巡辉倏捎谩,！?/p> 為了證明這個(gè)想法是有效的,，KU研究人員使用超短激光脈沖（0.1皮秒）來(lái)釋放MoSe2中的一些電子。通過(guò)使用另一個(gè)超短激光脈沖，他們能夠在這些電子移動(dòng)到石墨烯時(shí)監(jiān)測(cè)這些電子,。他們發(fā)現(xiàn)這些電子平均在約0.5皮秒的“走廊”中移動(dòng),。然后它們保持移動(dòng)約400皮秒，比單層石墨烯提高了400倍,，這也是他們?cè)谕谎芯恐袦y(cè)量的,。 研究人員還確認(rèn)，MoSe2中留下的“座位”在相同的時(shí)間內(nèi)也空著,。在原有狀態(tài)下,，這些座位應(yīng)永遠(yuǎn)保持空虛。然而,，在量子力學(xué)中,，電子“隧道”回到這些座位。研究人員提出這個(gè)過(guò)程決定了移動(dòng)電子的壽命,。因此,，通過(guò)選擇不同的“走廊”層，可以針對(duì)各種應(yīng)用控制此時(shí)間,。 該研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助,。 參考來(lái)源：美國(guó)堪薩斯大學(xué)（信息來(lái)源：智識(shí)咨詢）