Nanolaminate coatings of liquid exfoliated 2D materials for mid-infrared optical sensors

用于中红外光学传感器的液体剥离二维材料纳米层压涂层

基本信息

  • 批准号:
    542515-2019
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Engage Grants Program
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Methods for the fabrication of 2D materials have advanced at an extraordinary pace since the first demonstration of graphene fabrication by peeling Scotch tape off bulk graphite in 2004. Today, there are several main methods of synthesis, each with their own distinct advantages and disadvantages. Liquid Phase Exfoliation (LPE) is a low-cost and scalable method that has proven effective at exfoliating bulk materials into colloidal dispersions of their 2D counterparts. After exfoliation, the solvent screens inter-sheet attractive forces of the 2D material to keep layers apart. LPE is an ideal method for fabricating 2D materials-based inks, thin films and composites. There is a wide range of interesting materials with a large optical absorption in the Mid-Infrared (MIR) region of the electromagnetic spectrum that are LPE compatible such as graphene, titanium diselenide (TiSe2), black phosphorous and bismuth. Raman spectroscopy, transmission electron spectroscopy and electron diffraction of these materials have demonstrated that the resulting films, composed of a randomized arrangement of 2D flakes, maintain properties that can only be attributed to the bi-dimensional nature of the material. In this collaborative project between Kennedy Labs and Dr. Ménard's research group at uOttawa, we propose to fabricate LPE 2D materials for optical sensing application in the mid-infrared region. We will use an established fabrication and purification process and test different deposition techniques such as drop casting and spray coating, which has a great potential for fabricating large 2D materials devices. Deposition of gold electrodes onto the thin films will allow the characterization of their electrical properties as well as provide an interface to detect incident MIR light. An optical characterization setup will be used to test the responsivity, spectral bandwidth, linearity and rise time of the detectors. In the future, our research could lead to the development of large-surface MIR detectors, which could be super-imposed to Si-based solar cells to enhance the overall photovoltaic efficiency.
自2004年首次将苏格兰胶带剥离散装石墨以来,自第一次演示石墨烯制造以来,制造2D材料的制造方法已在非凡的空间上进行了进步。今天,有几种主要的合成方法,每种方法都有自己独特的优势和缺点。液相去角质(LPE)是一种低成本且可扩展的方法,已证明有效地将大量材料剥落成其2D对应物的胶体分散体。去角质后,溶液筛选了2D材料的地面间吸引力,以使层分开。 LPE是制造2D材料油墨,薄膜和复合材料的理想方法。在电磁谱的中含量(miR)区域中,有多种有趣的材料,具有较大的光学滥用,它们是LPE兼容的,例如石墨烯,diselenide(tise2),黑磷和偶然的。拉曼光谱,透射电子光谱和这些材料的电子衍射表明,由2D薄片的随机排列组成的所得膜维持只能归因于材料的双维性质。在肯尼迪实验室和乌塔瓦梅纳德博士的研究小组之间的合作项目中,我们建议在中红外地区制造LPE 2D材料,以用于光学传感应用。我们将使用已建立的制造和纯化过程,并测试不同的沉积技术,例如降落铸造和喷涂涂料,这具有制造大型2D材料设备的巨大潜力。金电子在薄膜上的沉积将允许表征其电性能,并提供一个界面来检测入射mir光。光学表征设置将用于测试检测器的响应性,光谱带宽,线性和上升时间。将来,我们的研究可能导致大地表miR探测器的发展,这些探测器可能会超过SI基太阳能电池,以提高整体光伏效率。

项目成果

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Ménard, JeanMichel其他文献

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