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遠(yuǎn)紅外或太赫茲(THz)的電磁波譜在背景輻射中占據(jù)了的很大一部分，其在深空探測、人員掃描以及能量轉(zhuǎn)換和存儲中具有潛在應(yīng)用。人們在努力開發(fā)將這種輻射轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。光熱電效應(yīng)(PTE)是一種很有發(fā)展前景的物理機(jī)制，能夠有效地在光、熱、電之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，由于不需要光激發(fā)載流子，而是通過熱載流子的擴(kuò)散產(chǎn)生電能，在獲取低能量光子方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　目前的研究發(fā)現(xiàn)三維微孔石墨烯(3DMG)泡沫具有較大的溫差(ΔT)而具有PTE響應(yīng)。3DMG泡沫是由相互連接且隨機(jī)取向的石墨烯片組裝而成，其具有超輕的質(zhì)量和出眾的吸光率。然而，3DMG的塞貝克系數(shù)(S)相對較小，限制了其PTE性能。由于3DMG泡沫的無序性和多孔性，很難優(yōu)化其S以增強(qiáng)其PTE性能。

　　近年來，離子液體(ILs)基電雙層晶體管(EDL)受到了廣泛的關(guān)注，利用ILs作為柵極電介質(zhì)，可以獲得極高的載流子密度和較寬的費(fèi)米能量調(diào)諧范圍，可實(shí)現(xiàn)對超導(dǎo)性、相變、光吸收、熱發(fā)射等物理性質(zhì)的調(diào)節(jié)。同時由于ILs具有良好的流動性，ILs電解質(zhì)的EDL門控可用于制備具有多孔結(jié)構(gòu)的2d材料。

　　基于此南開大學(xué)的黃毅等人以ILs為門控，制備了基于EDL的3DMG泡沫的PTE器件，該器件具有較高的S和良好的THz PTE響應(yīng)度。

　　研究人員采用溶劑熱法制備了3DMG，再通過退火處理，去除3DMG中的含氧官能團(tuán)，使其恢復(fù)石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)。通過SEM發(fā)現(xiàn)該3DMG泡沫由具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的2D石墨烯片組成。其孔隙率大于99%，質(zhì)量密度超輕，約為1 mg cm-3，因此總熱容非常小，這也有利形成較大的ΔT。同時3DMG中連通的孔道為ILs的填充和流動提供了空間。

　　3DMG晶體管的傳輸曲線顯示出滯后行為，這是由于離子的緩慢運(yùn)動和積累以及明顯的雙極性特性所致，這與石墨烯晶體管的結(jié)果一致。當(dāng)柵極偏置電壓為0 V時，T180和T1000的S值分別為23.2和-11.2 μV K–1。通過調(diào)整柵極偏置電壓，S得到了明顯的提高。說明了EDL結(jié)構(gòu)的對S具有較大影響。一般情況下，多孔材料由于孔隙率大，其導(dǎo)電性遠(yuǎn)低于相應(yīng)的塊狀和二維材料，對熱電功率因數(shù)產(chǎn)生固有的負(fù)面影響。然而，高多孔結(jié)構(gòu)通常伴隨著相當(dāng)?shù)偷膶?dǎo)熱系數(shù)，從而提升了熱電性能。

　　研究人員將THz激光從器件的背面入射，減少ILs吸收的影響，并聚焦到通道的負(fù)端，從而在兩端形成溫差。光照時，I-V曲線發(fā)生剛性偏移，這是PTE效應(yīng)的典型特征，并產(chǎn)生開路電壓。在2 V柵極偏壓下獲得正光電壓，其通道被摻雜為p型，當(dāng)柵極偏壓從負(fù)向正增大時，通道被摻雜為n型，光電壓由正向負(fù)變化。通過將?T和S相乘，可以柵極偏壓對PTE響應(yīng)性的影響，其曲線形狀與實(shí)驗(yàn)曲線相似，但幅度較小。一個可能的原因可能是測得的ΔT低于其實(shí)際值。

　　研究人員開發(fā)了具有p–n通道的雙電池EDL設(shè)備，以進(jìn)一步改善PTE響應(yīng)，根據(jù)得到的ΔS研究人員繪制出該EDL設(shè)備光響應(yīng)度。光響應(yīng)度表現(xiàn)出對柵極偏置電壓的類似依賴性，這進(jìn)一步證明了多孔石墨烯材料中PTE效應(yīng)的增強(qiáng)確實(shí)歸因于其電子帶結(jié)構(gòu)的有效調(diào)整，由此在EDL門控下產(chǎn)生了熱電性能。同時研究人員還發(fā)現(xiàn)M點(diǎn)的PTE響應(yīng)度高達(dá)137.2 mV W–1，與單電池設(shè)備相比，該雙電池EDL設(shè)備可以有效地增強(qiáng)PTE效果。

　　綜上所述，研究人員以ILs為門控，制備了基于EDL的3DMG泡沫的PTE器件。作為THz PTE材料的有希望的候選者，3DMG泡沫具有優(yōu)良的THz熱轉(zhuǎn)換性能，還也可以通過EDL門控優(yōu)化其熱電性能。EDL技術(shù)為控制二維納米片組裝的多孔材料的熱電特性提供可能。