編輯推薦：本文首次報導了二維(2D)鈣鈦礦型Ca2Nb3O10紫外光電探測器，它是通過簡單的煅燒-剝離法製備的。該方法為基於大量層狀鈮酸鹽尋找新的紫外PDs提供了一般策略。Ca2Nb3O10納米片可能是下一代高性能紫外光電探測器的最佳半導體材料之一。
紫外光電探測器(UV PDs)在空間探索、生物分析、環境傳感器、通信和成像等許多領域一直受到廣泛關注。理想的紫外光電探測器通常希望具有高靈敏度、高探測率、快速響應速度、高光譜選擇性、高穩定性。Ca2Nb3O10納米片已被證明是具有廣泛應用的優異材料。然而到目前為止，還沒有關於Ca2Nb3O10納米片的光電檢測應用的報導。因此，探索一種基於Ca2Nb3O10納米片的高效光電探測技術具有重要意義。
復旦大學方曉生等提出可以將2D Ca2Nb3O10納米片簡單地通過固態反應、離子交換和剝離工藝來製備，並應用於光電檢測。相關論文以題為「High-Performance Two-Dimensional Perovskite Ca2Nb3O10 UV Photodetectors」發表在Nano Letter上。
論文連結：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c03759
研究結果表明，Ca2Nb3O10納米片薄膜PD在280 nm 3V下表現出高性能、高響應度(14.94A·W -1)、高檢測率(8.7×1013瓊斯)、高光譜選擇性(R280 nm /R400 nm = 8.84 × 103)、快速(0.08/5.6 ms)和長期穩定性，使其能夠滿足理想紫外PD的基本要求。2D Ca2Nb3O10可能是下一代高性能紫外光電探測器的最佳候選材料之一，該工作為其在光電技術和信息產業中的廣泛應用鋪平了道路。
如圖1a所示，通過簡單的固相燒結、離子交換和剝離方法製備Ca2Nb3O10納米片。產品每個步驟的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示在圖1b-d中。第一步是通過固態煅燒製備K2CN3O10(KCNO)樣品。KCNO晶體結晶良好，大矩形顆粒的長度可達10微米(圖1b)。
圖1 Ca2Nb3O10納米片的形貌。(a)CNO納米片製備過程示意圖。煅燒後的KCNO樣品(b)、離子交換後的HCNO樣品(c)和剝離後的CNO納米片(d)的掃描電鏡圖像。(e)CNO納米片的掃描電鏡圖像。(f)CNO納米片和插頁的原AFM圖像顯示了高度分布。(g)去離子水中鈣鈮酸鋰納米片的照片。
利用x光衍射技術(XRD)揭示了固態煅燒和離子交換後產物的相結構。注意，對剝離的CNO納米片進行掠入射x光衍射(GIXRD)圖案。如圖2a-c所示，樣品的晶相在製備過程中發生了顯著變化。對於煅燒後的樣品，5.8b、12.0b、23. b1、29.4b、31.3b和32.9b處的強峰與KCa2Nb3O10(JCPDS 35-1294)的(001)、(004)、(200)、(206)、(207)和(221)平面匹配良好(圖2a)。
圖2 CNO納米片的結構和性能。(ac)煅燒、離子交換和剝離後樣品的XRD圖案。(d，e)CNO納米片的HRTEM圖像(d)和SAED圖案(e)。獲得的KCNO、HCNO和CNO納米片的紫外-可見吸收圖(f)和Tauc圖(g)。
圖3 CNO納米片薄膜的光電探測性能。(a)不同入射功率密度下器件的伏安曲線。(b)器件在300納米光開關下的伏安曲線。(c)器件的歸一化脈衝響應。(d)器件的響應度和探測率。(e)器件在對數坐標中的響應度。(f)不同時間後器件的伏安曲線。
圖4 柔性CNO納米片薄膜在300 nm光照射下的光電探測性能。(a)柔性CNO @PET PD單彎曲循環照片。(b，c)各種彎曲循環後局部放電的伏安曲線(b)和伏安曲線(c)。(d)局部放電的線性動態範圍頻譜。
總的來說，研究人員通過簡單的煅燒-剝離工藝製備了2D鈣鈦礦 Ca2Nb3O10納米片。Ca2Nb3O10納米片薄膜光電探測器在3V 280納米光照射下表現出高性能，包括高響應度、高探測率、快速、優異的光譜選擇性和高穩定性，優於大多數報導的紫外PDs。該方法為Ca2Nb3O10在光電技術和信息產業中的廣泛應用鋪平了道路。（文：8 Mile）
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