简单的旋涂工艺沉积MXene薄层,用作光电探测器中的关键组件,从而赋能光纤数据传输、激光雷达和许多物联网设备。
由于MXene是二维薄层材料,应用形态多样(从“喷漆、粘土”到“油墨”),并保持高导电性,因此其薄膜形式已成为一种非常具有吸引力的光电探测器电极的透明材料候选者。
“制造光电探测器的最大挑战之一是金(Au)接触点的沉积。金(Au)本身成本高,制造过程还必须在高温和真空室中进行,制造成本也非常高。”博士论文研究员、论文主要作者Kiana Montazeri博士说道,“我们正在用成本低廉的MXene材料代替金(Au),并通过使用台式旋转器在大气条件下进行沉积,完成光电探测器的制造。”
这种薄膜沉积工艺的工作原理类似于将一滴墨水放入离心机中,然后将所产生的飞溅物从腔壁剥离。作为一种可以在普通大气条件下完成的简单工艺,利用图案化基板完成,并轻松地用MXene材料批量生产光电探测器。
光电探测器的灵敏度与光敏材料的表面积有关。尽管大家更希望得到表面积更大的传感器,但尺寸越大,需要的光功率也越高,会导致响应变慢。由于MXene薄膜具有导电性,因此可以在传感器的多个组件中使用,几乎将器件的整个表面变成感应区,且不会降低其能量效率或性能。
“之所以对MXenes材料有兴趣的原因有很多,其中最主要的一点是它们可以与水混合制成喷剂和油墨,同时保持适合的导电性,”德雷塞尔大学工程学员教授、论文合著者Bahram Nabet博士说道,“使用透明MXene薄膜做光电探测器的触点具有明显的优势,因为它能减少载流子传输距离和响应度之间的折衷。”
研究人员在论文中表明,就灵敏度而言,用MXene薄膜制造的光电探测器性能优于用金(Au)实现的同类器件的四倍。这意味着它们可使数据中心更加节能。