近日，四川大学机械工程学院何亮团队在Materials Today上发表了题为“Scalable synthesis of semiconducting MoB2nanosheets for flexible and multifunctional UV-Vis photodetection”的研究论文，我校机械工程学院2022级博士留学生Mizna Naseem为该论文的第一作者，我校何亮教授、北京理工大学Muhammad Tahir博士为论文的通讯作者，我校机械工程学院为论文的第一单位。
二维结构因其独特的微观结构与优异的光电性能，在下一代光电器件中展现出巨大潜力，然而，具有半导体特性的二维过渡金属硼化物(MBenes)及其MEMS器件的规模化制造一直面临巨大挑战。该工作开发了一种快速的固态剥离策略，可以直接从商业MoB2粉末中制备得到宽带隙半导体硼化钼(SMB)纳米片。该策略通过硼氢化锂辅助的锂化-水解剥离过程，可在数分钟内将块状MoB2高效剥离，得到少层SMB纳米片，突破了传统MBenes材料固有的金属性限制。将所得的SMB纳米片通过喷涂方式沉积在柔性PET基底上，结合掩模辅助溅射构筑金电极，成功制备出一种低功耗、柔性宽带紫外-可见光(UV-Vis)光电探测器。该柔性光电探测器表现出优异的光电性能与长期稳定性：在0.1 V下开关比高达3.8×103，响应度高达47 A·W−1，比探测率高达7.9×1011Jones，以及25/48 ms的快速响应/恢复时间。此外，该器件还可实现实时脉搏监测、光电容积描记及成像功能，凸显其多功能特性。
图1. SMB纳米片的合成、形貌及结构表征。(a) SMB纳米片的合成示意图。(b) SMB纳米片的透射电子显微镜(TEM)图像。(c-e) SMB纳米片的低倍和高分辨透射电镜图像(插图为相应的选区电子衍射(SAED)图)。(f, g) SMB纳米片的少层与单层原子力显微镜(AFM)图像。(h)剥离后的MoB2与(i) SMB纳米片的2D GIWAX图谱表明散射强度随qz和qxy的变化。(j) MoB2粉末(绿色)、剥离后样品(蓝色)及SMB纳米片(粉色)的X射线衍射(XRD)图谱。
图2. MoB2粉末与SMB纳米片的分峰XPS图谱。(a) Mo 3d能谱的比较；(b) B 1s能谱的比较；(c) O 1s能谱的比较。(d) SMB纳米片的Mo Lα1, β的XRF图谱。(e, f) MoB2与部分氧化的SMB纳米片的投影态密度(PDOS)分布。
图3.器件结构与光电性能。(a)基于SMB纳米片的光电探测器的光学显微图像及显微图像虚线区域对应的示意图。(b,c)器件的光学图像及对应的拉曼映射图(映射区域对应图(b)中的虚线框)。(d) 365 nm波长激光照射下SMB纳米片与基于MoAl1−xB的器件的对数I-V曲线。(e) 0.1 V偏压下SMB纳米片与基于MoAl1−xB的器件在365 nm波长激光照射下的光电流响应。(f)不同激光照射下SMB纳米器件的特征对数I-V曲线。(g)基于SMB纳米片的光电探测器在不同波长下的光开关行为。(h) SMB纳米器件与(i)基于MoAl1−xB纳米颗粒的光电探测器的响应/恢复时间。
该研究为开发基于二维金属硼化物的可规模化、高性能、可穿戴MEMS光电器件提供了新路径。
