石墨烯是一种二维纳米材料 检测不同尺寸的光

来自功能纳米材料中心(CFN)的科学家- 美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室科学用户设施办公室 - 通过自组装导线状纳米结构发电，大大提高了石墨烯对光的响应。这种改进可以为石墨烯探测器的开发铺平道路，这种探测器能够快速感知极低水平的光，例如医学成像，辐射探测和监视应用中的光。

石墨烯是一种二维(2-D)纳米材料，具有不寻常和有用的机械，光学和电子特性。它既极薄又极其坚固，能够检测出几乎任何颜色的光线，并能很好地传导热量和电力。然而，由于石墨烯仅由一片碳原子制成，因此它只能吸收非常少量的入射光(约2%)。

克服该问题的一种方法是将石墨烯与强光吸收材料(例如导电的有机化合物)结合。科学家最近通过在单层石墨烯上放置一种这样的导电聚合物(聚(3-己基噻吩)或P3HT)的薄膜(几十纳米)来证明改善了光响应。

现在，CFN科学家通过改变聚合物的形态(结构)，将光响应增加了600%。他们使用的是纳米线 - 纳米结构网，而不是薄膜，它们的宽度是由相同聚合物和类似厚度制成的宽度的数倍。这项研究在10月12日在线发表在美国化学学会(ACS)期刊ACS Photonics上的文章中有所描述。

“我们使用自组装，一种非常简单且可重复的方法来制造纳米线网格，”第一作者，李明兴说，他是CFN 软和生物纳米材料集团的研究员。“将其置于适当的溶液中并搅拌过夜，聚合物将自行形成线状纳米结构。然后，我们将生成的纳米线旋转浇铸到称为石墨烯场效应晶体管(FET)的电子器件上。“

科学家们制造了仅由石墨烯制成的FET，石墨烯和P3HT薄膜，以及石墨烯和P3HT纳米线。在通过原子力显微镜，拉曼光谱和X射线散射技术检查FET器件的厚度和晶体结构后，他们测量了它们的光诱导电特性(光响应性)。他们在各种光照功率下测量流过FET的电流表明，与薄膜FET相比，纳米线FET的光响应提高了600%，与仅使用石墨烯的FET相比提高了3000%。

“我们不希望通过改变聚合物的形态来看到如此显着的改善，”共同通讯作者，CFN软和生物纳米材料集团的材料科学家Mircea Cotlet说。

科学家认为他们的观察背后有两种解释。

“在某种聚合物浓度下，纳米线的尺寸与光的波长相当，”Li说。“这种尺寸相似性具有增加光散射和吸收的效果。此外，纳米线内P3HT分子的结晶提供了更多的电荷载流子，将电能转移到石墨烯层。“

“与聚合物链和晶体大部分随机取向的传统薄膜相比，导线的纳米级尺寸迫使聚合物链和晶体进入特定方向，增强光吸收和电荷转移，”共同作者Dmytro Nykyphanchuck说， CFN软和生物纳米材料集团的材料科学家。

科学家们已经为他们的制造工艺申请了美国专利，他们很高兴能够探索其他二维以及0-D和一维材料中的光物质相互作用。

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