赵宏[1]2004年在《金属和半导体纳米结构构筑及表征》文中指出在光滑银表面上以1，4-二巯基苯为藕联分子组装了CdS纳米粒子。SEM和共振拉曼光谱研究表明，CdS在组装后仍然保持纳米粒子特征，且在银表面形成二维亚单层结构。FT-拉曼光谱表明1，4-二巯基苯以相对基底表面倾斜的取向藕联于CdS纳米粒子和银表面之间，并且组装的CdS纳米粒子对藕联1，4-二巯基苯的拉曼散射具有明显的增强效应。以3-巯醇基丙基叁甲氧基硅烷(3-mercaptoprophltrimethoxy sillane)为藕联分子，在玻璃上组装了金、银纳米粒子，研究了它们的紫外吸收光谱。 利用微乳液法制备了平均粒径约为600nm的聚苯乙烯纳米粒子，在溶剂挥发过程中，聚苯乙烯纳米粒子采用典型的立方面心(FCC)密堆积结构排列形式自发地在基底表面形成单层或多层自组装规则结构。以此为模板，用尺寸相对较小的金纳米粒子(～15nm)填充进入聚苯乙烯的密堆积空隙中，除去聚苯乙烯模板后，在原聚苯乙烯纳米粒子底部得到金纳米粒子自组装聚集成的规则“面包圈”结构，完成了金纳米粒子的图案化组装。而且，还可在聚苯乙烯模板上化学镀银，得到有序排列的银纳米结构。比较了金纳米粒子组装体的对巯基苯甲酸表面增强拉曼光谱，以及纳米银结构上对巯基苯的表面增强拉曼光谱。
孙正[2]2016年在《一维Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米结构光电性能调控与器件应用》文中研究说明一维半导体纳米结构相对于其同组份的薄膜和体结构而言具有优异、独特的光学、电学和机械等性质,因而引起了人们的广泛关注。一维直接宽带隙的II-VI族化合物半导体(例如ZnO,ZnSe,CdS等),被认为是构造高性能纳米电子和纳米光电子器件的理想半导体材料。有效调控半导体的导电能力和导电类型是半导体材料应用于光电器件的前提。然而,由于II-VI族半导体存在着严重的自补偿效应,利用传统的体掺杂的方法对其导电能力和导电类型进行调控还面临着许多挑战,从而阻碍了II-VI族半导体纳米结构光电器件的应用。实现高质量的一维II-VI族半导体纳米结构的可控制备并对其光电性质进行有效地调控,对构造基于II-VI族半导体纳米结构的高性能光电器件具有重要意义。在本论文中我们首先制备了高质量的一维II-VI族半导体纳米结构,并通过掺杂的方法实现了对其导电类型或导电能力的有效调控。在此基础上,结合微纳加工技术和工艺,构筑了基于一维II-VI族半导体纳米结构的高性能光电器件,并系统地研究了其光电性能。主要研究内容如下:一、用化学气相沉积(CVD)方法合成了高质量的一维II-VI族半导体纳米结构。通过用MoO3纳米点对ZnSe纳米带进行表面电荷转移掺杂,成功地将ZnSe纳米带的导电类型由本征的弱n型导电转变成p型导电。掺杂效果由单根ZnSe纳米带背栅场效应晶体管在掺杂前后的电学测试来确认,同时得到了高达48.17cm2V-1s-1的空穴迁移率和1.26 1019 cm-3的空穴浓度。探究了MoO3纳米点表面电荷转移掺杂ZnSe纳米带的掺杂机理。由于MoO3纳米点和ZnSe纳米带之间发生电荷转移,ZnSe纳米带的导电能力随着掺杂所用的MoO3纳米点溶液的浓度的增大而增强。掺杂后的ZnSe纳米带的导电性比本征ZnSe纳米带的导电性提高了7个数量级。通过表面电荷转移掺杂方法,构筑了基于单根ZnSe纳米带的p-n同质结光伏器件和p-ZnSe/n-Si异质结器件,并研究了器件的光电性能。得益于独特的掺杂方法和高质量的同质结,光伏器件取得了高达1.84%的光电转换效率。由于异质结构的原因,p-ZnSe/n-Si异质结器件不仅对白光有明显的光响应,对紫外光和深紫外光也有明显的光响应。我们还尝试了表面电荷转移掺杂方法对其它II-VI族半导体纳米结构(如CdSe和ZnTe)的导电类型和导电能力的调控。二、通过热蒸发的方法成功地合成了高质量的Mo掺杂的CdS-CdMoO4核壳结构的纳米带。热蒸发过程不仅实现了对CdS纳米带的有效掺杂,而且在其表面形成了一层非晶层和一层CdMoO4多晶壳层。由于其独特的结构,我们成功地通过一步法策略构筑了基于单根CdS:Mo-CdMoO4纳米带核壳结构的具有背栅场效应晶体管结构的高性能非易失性存储器。我们的器件构造策略在取得高的器件性能的前提下,相比于其他同类器件,还具有构造工艺简单,便于操作等优点。
卢卫军[3]2008年在《单晶六方晶相的叁氧化钨纳米线的制备及电输运性质的研究》文中指出一维半导体纳米线以其独特的物理化学性质而引起大家的广泛关注,在光信息储存、电子传感、发光显示及单电子传输等方面具有潜在应用前景,因此关于一维半导体纳米线的制备及其电输运性能的研究已成为目前研究的热点。本论文主要进行以下几项工作:在第二章中,在管式炉中用热蒸发叁氧化钨纳米粉末的方法制备出了单晶六方晶相的叁氧化钨纳米线,并对此纳米线的形貌、晶体结构做了详细的表征,对它的合成机理进行分析。通过对叁氧化钨纳米线合成条件的探索,并找到高质量单晶六方晶相的叁氧化钨纳米线比较理想的合成条件。在第叁章中,首先用交流电场辅助组装的方法通过控制合适的交流电压和频率,实现了单根WO_3纳米线的组装。对WO_3纳米线的电输运性质进行了测量和分析,发现I-V曲线呈现出非线性的整流行为。对此进行分析,形成这种整流行为的原因是WO3纳米线在电场组装的过程中和电极间形成了不对称的接触,从而引起纳米线的两端和电极间的接触势垒高低的不同。在紫外光的照射下,纳米线的I-V曲线发生了很大的变化,这说明了利用它们组装成的纳米器件具有良好的光开关效应。在第四章中,探索TiO_2/WO_3核壳纳米线的制备,对样品的表征结果表明我们用热蒸发样品混合粉末的方法,仅得到了WO_3纳米线而不是复合纳米线,我们认为这是由于TiO2的熔沸点太高,而且在2000度以下几乎不升华所导致的。
许丽梅[4]2006年在《钙钛矿型层状固体模板制备硫化物半导体纳米材料》文中提出半导体纳米粒子由于其介观尺寸的粒径(1-100nm)，而具有异于块体材料及单个分子、离子体系独特的物理和化学性能。将其组装成二维的纳米功能结构，是一种制造具有新型性能光电器件的潜在途径，在电子学、光学等领域展现出诱人的应用前景。本论文研究内容主要包括以下几部分： 第一部分是利用LB技术构筑卤化物钙钛矿层状固体模板，在分子水平上控制气固反应模板的微结构，并探讨模板对硫化物产物的调控作用。系统地考察了表面压的改变对LB膜中分子排列的影响：无机金属离子种类对LB膜模板无机层的影响；有机胺链中官能团的存在和小分子物质的引入对模板性质的影响以及模板对半导体硫化物材料形貌的控制。从而为精确解析硫化物纳米材料的形成机理提供有意义的理论参考。通过表面压．面积(π-A)等温线、紫外-可见吸收(UV-vis)光谱、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、石英晶体微天平(QCM)、X-射线粉末衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等测试技术对反应前后模板的结构与性质变化、所得产物的形貌与性质进行考察，提出了可能的形成机理。 低表面压下，LB膜中分子未达到紧密双层排列，模板为无序结构，随着单层的压缩，表面压升高，单分子在空气／水界面所占的面积逐渐减少，分子排列趋于紧密，在较高的表面压下进行垂直提膜，可得到钙钛矿型层状固体模板。将不同表面压下构筑的铅模板与硫化氢气体反应，由于模板内部的微环境不同，最终得到无定形、棒形、立方体形以及圆盘形的硫化铅产物。在此过程中，烷基胺起到结构导向和表面钝化的作用。 但是上述表面压调控，对于锌(Ⅱ)LB膜模板则没有明显的效果，这主要是由于无机金属离子的不同，导致钙钛矿模板中无机层结构的差异造成的。在与硫化氢气体的反应过程中，气体主要是沿着无机层扩散的。钙钛矿模板中锌无机层为独立的四面体，而铅无机层则为八面体构型。不同的构型导致硫化氢气体扩散方式不同，锌硫化物主要是粘连的片状物。 将偶氮苯取代的有机胺与花生酸分子混合，考察了成膜分子在空气／水界面以及LB膜中可能的排列方式。模板的结构激子吸收与硫化铜产物的量子尺寸吸收峰相互作用，为新的光学器件的开发提供了一种参考途径。
李洋[5]2016年在《MoS_2、WSe_2二维材料及相关异质结的电学与光电性质》文中认为近十年来,由于其独特而新颖的物理及化学特性,如超高的载流子迁移率、良好的力学性能及化学稳定性等,以石墨烯、MoS_2为代表的二维材料的研究逐渐引起广泛关注。过渡金属硫族化合物被认为在电学及光电器件领域具有重要的应用前景,这是因为其具有本征带隙、强的光与物质交互作用以及自旋、谷特性等。此外,由过渡金属硫族化合物组成的范德华异质结构的研究也逐渐兴起。相比于传统的半导体异质结构,范德华异质结构界面处不需要考虑晶格匹配,而且制备方法非常简单,是研究异质结构光学及电学特性的理想体系。本文从二维纳米材料与金属的电接触行为出发,通过物理及化学的方法调制MoS_2载流子浓度,以便达到降低接触势垒的目的,进一步提高器件性能;另一方面,通过构筑垂直及平面异质结构,研究异质结构的光电及光伏特性,并调制异质结构的光致发光及激子态行为等,揭示TMD/石墨烯范德华异质结构中影响激子态行为的因素,为开发新型的异质结构光电器件、理解异质结构中新的物理内涵奠定基础。本文首先利用开尔文探针显微镜研究了MoS_2纳米片的层间电荷屏蔽效应,发现MoS_2的表面电势随着层数的增大而增大,层间电荷屏蔽临界尺寸约为5nm。MoS_2纳米片层间电荷屏蔽效应是由于MoS_2中电荷对MoS_2/Si O2接触界面处内建电场的屏蔽作用不同所引起的。此外,利用导电原子力显微镜研究了不同厚度MoS_2与金属Pt之间的电接触行为,发现随着厚度的增大,MoS_2与Pt之间的隧穿势垒逐渐增大。利用栅极电场调制了双层MoS_2纳米片的载流子浓度。当栅极电压高于MoS_2场效应晶体管阀值电压时,MoS_2的表面电势逐渐增大,相应的功函数则逐渐降低,当电压为13V时,双层MoS_2的功函数下降约115me V,与MoS_2晶体管场效应计算结果一致。利用开尔文探针显微镜表征了双层MoS_2与Pt电极之间的接触势垒,发现两端的电接触势垒不对称,与两探针测试结果吻合,电接触处电荷转移机制为热电子场发射模型。利用具有不同偶极矩的自组装单分子层电荷注入调制了MoS_2纳米片的载流子浓度,并通过拉曼光谱、场效应晶体管测试及开尔文探针显微镜证实了MoS_2载流子浓度的变化,即具有-NH2基团的APTMS单分子层具有n型掺杂,使得MoS_2载流子浓度增大;而具有-CF3基团的FOTS从MoS_2中得到电子,使得MoS_2载流子浓度降低。KFM结果表明,单层MoS_2费米能级变化范围约为0.47e V。构筑了Si/MoS_2垂直异质结构并研究了异质结构在光电及光伏器件性能。n-Si/MoS_2异质结构具有光二极管特性,最大光响应系数为7.2A/W。p-Si/MoS_2也出现光二极管特性,但光响应系数较小。开尔文探针显微镜结果进一步证实n-Si/MoS_2界面处光生电荷分离效率要大大高于p-Si/MoS_2。结合开尔文探针显微镜结果及Si/MoS_2异质结构界面处能带排列,p-Si/MoS_2与n-Si/MoS_2光二极管特性分别归因于:p-n结界面处的内建电场导致光生电子-空穴对分离,以及光生电子-空穴对诱发n-Si/MoS_2界面处势垒高度及宽度发生变化。利用激光氧化的方法构筑了单层-少层WSe_2类肖特基二极管及WSe_2/WO_3平面异质结构,并发现两种类型器件在紫外及近红外波段均具有较好的光探测性能及光伏特性。WSe_2/WO_3平面异质结构的最大光响应系数及外部量子效率分别为2.5A/W和656%。而单层-少层WSe_2类肖特基二极管光响应系数、外部量子效率及能量转换效率分别为10A/W、2632%及1.3%。利用电化学电介质作为栅极调制了MoS_2/石墨烯异质结构的光致发光特性,并系统研究了异质结构激子态行为随栅极电压的变化规律。MoS_2/石墨烯异质结构激子强度以及负激子与中性激子强度比调制范围分别高达200及30,激子态位置偏移高达40me V。通过计算MoS_2载流子浓度及界面处的接触势垒,我们发现MoS_2载流子浓度的变化与界面处激子的层间弛豫共同决定MoS_2/石墨烯的光致发光行为,即在正向偏压下,激子的层间弛豫对MoS_2/石墨烯光致发光的调制起主要作用;而在负向偏压下,MoS_2载流子浓度的变化决定光致发光行为。此外,通过引入自组装单分子层调制MoS_2/石墨烯能带排列以及MoS_2载流子浓度,我们进一步验证了MoS_2/石墨烯异质结构中光致发光行为由MoS_2载流子浓度决定。通过电场调制WSe_2/石墨烯及WSe_2/MoS_2/石墨烯异质结构的光致发光行为,我们证实WSe_2与石墨烯界面处激子的层间弛豫决定着WSe_2/石墨烯异质结构的光致发光调控,而WSe_2中载流子浓度的变化起次要作用。而且WSe_2/石墨烯界面处的层间弛豫能力甚至要强于MoS_2/石墨烯及WSe_2/MoS_2界面处的层间弛豫能力。此外,栅极电场使得单层WSe_2与石墨烯之间的层间耦合作用增强,导致晶格平衡破坏,相邻晶格离子间的相互作用发生变化,最终使得石墨烯缺陷态出现。
刘文东[6]2017年在《有序微纳结构介导的可控粘附》文中研究指明近几十年来,随着研究人员对有序微纳结构所表现出来的非凡性能的认知不断加深以及现实生活中对有序微纳结构实现实际应用的迫切需求,一系列用于有序微纳结构构筑的微加工方法,如光刻技术、电子束刻蚀技术、纳米压印技术、微接触印刷技术、浸笔刻蚀技术、胶体刻蚀技术等被开发出来,逐渐实现了以高产量低成本的方式构筑大面积的有序微纳阵列结构,并对各种结构化表面所具备的特殊性质及应用进行了探究。所制备结构的组成、尺寸、形貌、排布方式等可以通过对加工过程条件的控制进行调节,从而为结构化表面的实际应用提供了丰富的素材。迄今为止,有序微纳结构化表面除可应用于工业领域的微处理器、显示器、微分析器、存储设备、电路元件等方面外,其在可控粘附领域的应用也得到了长足的发展,与此同时,微纳结构构筑技术的进步及有序微纳结构应用范畴的进一步拓宽也为探讨在微观和介观尺度范围内所产生的化学、物理和生物现象提供了机遇,并且促进了不同学科之间的交叉和融合。本论文中,我们以胶体刻蚀技术和光刻技术为基本加工手段,通过对加工工艺及结构(形貌、参数、材料组成)进行设计,构建具有新型有序微纳结构的图案化表面,并通过后修饰的方式实现表面的功能化及智能化集成,进而对所制备的新型微纳结构在超疏浸润、生物粘附、传感检测等可控粘附领域的应用进行探究。在第二章中,我们利用胶体刻蚀和反应性离子刻蚀技术构建了一种新型的倒角圆柱阵列(CNCAs)结构,为构建图案化或结构化的表面提供了一种新型的构筑基元。随后借助于材料的易修饰性质,通过利用羟基,或具有特殊两亲性的其他分子对表面进行后修饰实现了液滴在cncas表面发生浸润行为的调节,即实现了水的浸润行为从超亲水到超疏水,而油的浸润从超疏油到亲油状态之间的转换。进一步利用聚n-异丙基丙烯酰胺(pnipaam)对cncas进行功能化时,复合的pnipaam-g-cncas结构表现出超疏油性质,通过温度调控实现了油的浸润行为在超疏油状态和亲油状态之间进行可逆转变,并且在亲油状态时油滴表现出各向异性浸润行为。此外,通过不对称修饰的方法,我们以cncas为基础构建了化学-物理双异质阵列表面,这种异质结构具有双疏浸润性质且保持了诱导液滴各向异性浸润的能力。我们所制备这种新型的硅基倒角圆柱阵列实现了同一基底上的各向异性浸润和超浸润的整合。在第叁章中,我们利用一步胶体刻蚀的方法成功的在柔性聚合物基底上构建了高长径比的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)纳米锥阵列,并将这种纳米锥阵列结构用作水下超疏油表面。通过调控刻蚀条件,可以容易的实现具有不同长径比和特征性水下油浸润性的大面积pet纳米锥阵列的制备,所得到的纳米锥阵列的最大的长径比可达6,同时该结构化表面可表现出对水面下油滴的超疏浸润性质,其水下油接触角最大可达到171.8°。当以此种pet纳米锥阵列作为细胞体外培养基底时,该种结构化表面表现出抗生物粘附性质,且能有效的抑制用以维持细胞形态的细胞肌动蛋白骨架结构的形成。此外,我们将pet纳米锥阵列用温度响应性的pnipaam进行修饰可实现油在该表面上浸润行为的温度调控,随着测试温度的变化,水下油滴在复合结构表面可发生超疏油与亲油状态的可逆转变,实现了基于柔性材料基底的可调浸润性表面的制备。在第四章中,我们开发了一种通过聚合物刷椭圆环阵列的介导构筑具有可控特征参数蛋白质图案的方法。首先,我们利用胶体晶体辅助压印、去润湿,反应性离子刻蚀,atrp聚合等方法制备得到了具有规整结构的聚合物刷椭圆环阵列,并通过调节刻蚀时间、聚合时间、所用起始胶体模板尺寸等方式对聚合物刷椭圆环阵列的特征结构进行了系统调节。而后,利用聚合物侧链羟基与蛋白质分子上的氨基基团之间的偶联反应,通过将蛋白质向聚合物刷共价接枝的方式制备得到了具有不同长径比和特征尺寸的蛋白质椭圆环阵列。这种共价接枝的方法可有效的避免利用吸附过程制备蛋白质图案中发生的蛋白质解折迭和部分失活现象的发生。同时,将所制备的细胞外基质蛋白(纤维黏连蛋白)阵列作为基底进行细胞体外培养,我们探讨了基底结构的非完全对称性对于细胞体外培养中的粘附行为和肌动蛋白骨架形成的影响。在第五章中,我们开发了一种简便,低能耗的方法利用聚甲基丙烯酸羟乙酯(phema)刷阵列来构建单链dna纳米锥阵列和多级dna图案。通过调控胶体刻蚀所用胶体晶体掩版的尺寸以及刻蚀时间,我们制备得到了具有不同形貌和周期的phema刷纳米锥阵列。而结合胶体刻蚀和光刻两种方法,我们还实现了集成有微米尺度和纳米尺度结构的多级图案的制备。将氨基修饰的单链dna(ssdna)向聚合物刷侧链共价接枝,我们很容易地制备了具有特征形貌的dna纳米锥阵列和多级图案,同时我们对各步的接枝过程利用afm进行了跟踪,确认了dna接枝及杂化过程结构的变化。此外,共价接枝的dna链维持了其结构转变的特异性,使得制备的ssdna纳米锥阵列可用于对targetdna的传感检测,检测限可达到1.65nm。最后,借助于微流体思想的引入,我们还实现了可用于构建快速、可视化、多组分DNA传感器的多级-多组分的DNA图案的制备。
朱峰[7]2006年在《氧化镓准一维纳米材料制备、特性及应用的基础研究》文中认为准一维纳米材料,如纳米管、纳米线、纳米带等,以其特殊的物理和化学性质,以及在纳米器件、光电子器件、微传感器等多方面潜在的应用前景,已成为纳米科技研究的热点。目前国内外对准一维纳米材料的研究还处于初步阶段,主要集中在两个方面:如何运用简单有效的方法制备准一维纳米材料;对准一维纳米材料基本特性测试,如光学特性、电学特性等。本文对准一维纳米材料氧化镓进行了研究,运用微波等离子体法制备了氧化镓准一维纳米材料,并研究了氧化镓纳米带的光学性能以及纳米带和纳米线的电学性能。主要研究内容包括以下几个方面:探索了用微波等离子体法制备氧化镓准一维纳米材料的方法,在600W微波条件下使水蒸气和金属Ga直接反应,在基底硅片上生成大量具有单晶结构的准一维纳米材料,其中包括纳米线、纳米带、纳米片和纳米草等。其中纳米线的直径约为20-30nm,长约几十到几百微米,纳米带的厚度约为20-30nm,长约几十到几百微米。与文献中报道的其它方法比较起来,该方法显着降低了反应温度,有价值推广至其它金属氧化物准一维纳米材料的制备。用微波等离子体方法还制备出一种新颖的纳米结构,由纳米带弯曲而成的纳米环,其中纳米环的直径约为0.2-1μm,厚度约为10-40nm,宽度20-150nm。在对产物形貌与晶体结构分析的基础上探讨了这些准一维纳米材料的生长机理。在Au排列的纳米颗粒催化剂的辅助下,运用微波等离子体法制备出大规模的氧化镓纳米带阵列。而且催化剂Au纳米颗粒的使用明显促进了氧化镓纳米结构的形成,其生长过程受VLS和VS机理共同控制。自组装技术在纳米科技的发展过程中起到了重要作用。本文中将通过溶剂蒸发纳米带分散液在硅片基底上形成有序排列氧化镓纳米带薄膜。经过分析,悬浮液中微粒之间紧密排列自组装行为是由毛细作用驱动的,推出氧化镓纳米带的紧密排列的主要因素是毛细作用。另外初步研究了悬浮液液面形状和溶液浓度对于氧化镓自组装行为的影响。这种毛细作用驱动的自组装技术可以进一步推广到其它准一维纳米材料。探讨了不同的退火温度和不同退火时间对氧化镓纳米带的表面形态和光致发光的影响。氧化镓纳米带在250nm激发光下主要发蓝光,其光致发光谱上伴随有较弱的紫外发光峰。其中440nm的蓝光是由于氧空位形成的施主和镓空位形成的受主复合而激发出的光。而320nm处的紫外光是由于随着温度升高,施主上的电子被导带捕获,而受主的空穴也失去俘获进入价带形成空穴受主。这些导带的电子和受主空穴复合形成自获激发的紫外光。氧化镓纳米带在325nm激发光下可以在430nm处发射出蓝光,也是由于氧空位形成的施主和镓空位形成的受主复合而激发出的光。在325nm条件下,只有蓝色发光峰是由于325nm激发波长不能激发出320nm的紫外发光峰,能量偏小。无论激发波长是250nm还是325nm,随着退火温度和退火时间的升高,氧化镓纳米带的发光峰峰位不变,但是蓝色发光峰强度逐渐降低紫外发光峰的强度却逐渐升高。而且退火对于氧化镓纳米带的表面形态没有影响。将氧化镓纳米带和纳米线成功搭接到梳状电极上,构成FET器件在150℃下,测出了氧化镓纳米带和纳米线的I-V特性。同一漏电压VSD下,随着栅电压VG由负变正,并且越来越大时,电导率逐渐变大,说明β-Ga_2O_3纳米线和纳米带在150℃时是n型半导体。研究表明改变栅压可以对器件的电导起到调制作用。估算出β-Ga_2O_3纳米线和纳米带的载流子浓度和迁移率分别为3.2×10~8cm~(-1)和1.25×10~(-2)cm~2/V·s,3.6×10~(13) cm~(-3)和7.9 cm~2/V·s。自组装β-Ga_2O_3纳米带薄膜,通过银浆与铂金丝线相连构筑自组装β-Ga_2O_3纳米带薄膜气体传感器。在不同温度和O_2浓度情况下研究了自组装β-Ga_2O_3纳米带薄膜得电学性能。温度高,且O_2浓度高使得自组装β-Ga_2O_3纳米带薄膜电导率越高,说明自组装β-Ga_2O_3纳米带薄膜气体传感器对高温O_2具有很好的传感性能。对氧化镓准一维纳米材料的研究过程中,以现有的理论手段和实验手段为基础,结合纳米技术的研究方法,得到了一种能同时制备几种氧化镓纳米材料的新方法,并研究了氧化镓纳米带的光致发光、氧化镓纳米带和纳米线的电学性质,构筑出简单的纳米器件和自组装氧化镓纳米带薄膜的气体传感器。氧化镓准一维纳米材料在纳米光电材料、纳米半导体材料上的应用将是一种较强的竞争选择。
徐林[8]2013年在《分级结构纳米线的制备、表征与器件研究》文中提出本文围绕分级纳米线,按从材料设计、可控制备与表征、到纳米器件的研究思路,探索和推进分级纳米线向更高层次发展,研究实心纳米棒构筑的钒氧化物分级纳米线、介孔纳米棒构筑的镧锶钴氧分级介孔纳米线、硅分级单晶弯折纳米线等分级结构纳米线的制备、表征与器件,取得一些有意义的研究结果：(1)钒氧化物分级纳米线采用静电纺丝技术设计并制备超长“线中棒”分级结构钒氧化物纳米线,纳米线由实心的V205纳米棒连接而成；发现超长分级钒氧化物纳米线能有效抑制纳米线自团聚问题,大幅提高纳米线锂离子电池器件的容量,钒氧化物分级纳米线平均充放电比容量高达300mAh/g。设计组装国际上第一个单根纳米线全固态锂离子电池器件,通过原位表征建立了单根钒氧化物纳米线的电输运、结构与电极充放电状态的直接联系,从本征上揭示纳米线锂离子电池容量衰减的科学规律。(2)镧锶钻氧分级介孔纳米线采用多步微乳液自组装方法构筑钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线,纳米线由介孔结构的纳米棒连接而成,纳米棒沿一定的方向规则排列；通过电催化性能测试,表明钙钛矿型镧锶钴氧分级介孔纳米线具有较低的起峰电势和高的极限扩散电流,展示出良好的电催化性能；基于分级介孔纳米线,组装了锂空气电池器件,进行电化学性能测试,测试表明其具有超过11000mAh/g的超高的比容量,相比镧锶钴氧纳米颗粒,提高了一个数量级。(3)硅分级单晶弯折纳米线采用金属催化辅助化学气相沉积设计生长单晶弯折硅纳米线多边形纳米环和探针形硅纳米线,包括六边形、叁角形、菱形和梯形纳米环和U形、V形和W形探针形硅纳米线,整个弯折硅纳米线为单晶结构；首次提出使用微米柱阵列实现对U形和V形弯折硅纳米线的有序组装,并实现弯折硅纳米线的精确定位和定向排列。组装叁维单根弯折硅纳米线探针生物传感器,表征叁维纳米线器件的电导与跨导等电学性能；采用W形叁维硅纳米线探针生物传感器测量大鼠心肌细胞的膜内动作电位,并成功实现同时测量细胞不同区域的生理活动规律。
张希威[9]2014年在《基于p-型硒化锌纳米结构的p-n结构筑及其光电子器件研究》文中提出作为II-VI族半导体中的重要一员，宽禁带的ZnSe具有优良的光电性能，并且已经成功的被应用于各类光电子器件。针对ZnSe纳米材料的研究应用近年来也在如火如荼的开展，主要包括各种ZnSe纳米结构的控制合成和在光电子器件方面的应用。然而，可控掺杂是实现ZnSe纳米材料在光电器件领域应用的前提，而ZnSe薄膜体系中p-型掺杂是个难点，纳米材料的掺杂性能有待研究。此外，p-n结是光电子器件的核心，构筑纳米p-n结也是ZnSe纳米结构应用所面临的重要问题，但此方面的研究仍是一个难点。针对上述问题，本论文首先发展了利用V族元素包括Bi、N、P等作为掺杂源实现ZnSe纳米结构有效p-型掺杂的方法，然后构筑了多种基于p-型ZnSe纳米结构的纳米p-n结，进而研究了ZnSe纳米p-n结在多种光电子器件如太阳能电池、光电探测器、场效应晶体管中的应用。本论文的主要内容如下：一、在传统VLS纳米结构生长中，催化剂和掺杂源通常为不同材料，金属催化剂的存在往往会引入深能级杂质，并增加合成复杂性。因此，我们发展了将Bi作为催化剂一步法合成p-型掺杂ZnSe纳米线的方法，并研究了Bi掺杂ZnSe纳米线的导电机制。Bi为V族低熔点金属，其作为催化剂在生长ZnSe纳米线的过程中可以自发扩散至纳米线内，实现纳米线的有效p-型掺杂。我们通过制备基于单根纳米线的场效应晶体管证实了Bi掺杂的ZnSe纳米线为p-型半导体，并通过变温电学性能测试，证明在150–300K范围内，Bi掺杂ZnSe纳米线的导电机制为杂质离子热激发，而在50-140K时为转变为莫特可变范围跳跃电导。此方法实现了半导体纳米结构的同步生长和掺杂，避免杂质原子的引入，简化了半导体纳米结构的生长和掺杂工艺，有利于其在光电子器件中的应用。二、传统硅基太阳能电池存在吸光性能较差，且透明导电氧化物电极成本较高等问题。我们构筑了p-型ZnSe纳米带和n-型Si纳米线的p-n结阵列，并采用石墨烯作为器件透明电极，增强了器件在短波长方向的吸光，所构筑纳米p-n结阵列具有良好的光伏性能。首先以P作为掺杂源实现了ZnSe纳米结构的有效的p-型掺杂，并采用在n-型Si纳米线阵列上直接生长或滴涂预先生长的p-型ZnSe纳米带的方法构筑异质pn结。进而采用多层石墨烯作为器件透明电极，增强器件吸光。ZnSe/Si复合纳米p-n结结合了ZnSe在短波长范围的吸光能力、石墨烯高透过率和高导电性等优点，在新一代光伏器件中具有广泛应用前景。叁、一般纳米p-n结往往需要多步生长实现，过程复杂，可控性不高。我们开发了一种简便的方法构筑单根p-型ZnSe纳米线和n-型Si的异质结。通过将p-型ZnSe纳米线转移至开有SiO2窗口的n-型Si基底，使得p-型ZnSe纳米线和n-型Si衬底直接接触形成异质结。在此异质结的基础上，我们制备了以p-型ZnSe纳米线为导电沟道的结型场效应晶体管，并证实了该器件具有高电流开关比、小阈值电压和小亚阈值摆幅等特点。此外，我们还是先了p-型ZnSe纳米带和n-型Si纳米线的十字交叉p-n结，发现该十字交叉p-n结具有良好的光电响应，通过低温电学性能表征发现了在正向偏电压下的空间电荷限制电流效应。上述工作为进一步简化ZnSe纳米p-n结的构筑奠定了基础。四、构筑了高性能的基于宽禁带半导体的p-型ZnSe纳米线和n-型CdS薄膜的异质结光伏器件，发现其具有优良的光伏性能。光伏器件的大开路电压意味着高输出电压和大输出功率，因此提高开路电压对于提高太阳能电池的性能非常重要。通过构筑ZnSe纳米线与CdS薄膜的异质结，我们证明器件的开路电压可以达到1.3V以上，进一步通过氮化硅界面钝化和快速退火等手段优化器件性能，器件的转换效率达到5.27%。此外，我们还制备了基于此异质结的柔性光伏器件，并证明器件具有良好的弯曲稳定性。本工作构筑的大开路电压异质结太阳能电池证明了ZnSe纳米结构在制备高效光伏器件方面的巨大潜力。
陈丽芸[10]2017年在《钢板搪瓷表面氧化钛基微/纳米复合结构构筑及性能研究》文中提出搪瓷作为一种结实而美观的涂层材料,具有硬度高、耐高温、耐腐蚀、易清洗、易加工等特点,在日用器皿、建筑装饰、医用器材、储水设备、工业反应釜、高温防腐设备、电厂环保设备、电子器件、工艺品等领域具有广泛的用途。另一方面,具有杀菌消毒、光催化降解、超亲水等特性的自洁净搪瓷材料在建筑外墙装饰、卫生洁具等领域也呈现了极大的应用潜力。在搪瓷表面构筑多组分、微/纳米级的复合材料能够使其表现出独特的光学、电学及化学特性,进而呈现出多种新功能。目前,半导体TiO_2虽然拥有光催化活性、光致超亲水性能、良好化学稳定性等优点,但由于其带隙较宽,对太阳光的利用率低,且光致亲水性能必须在紫外光下才能激发,因此限制了其进一步的实际应用。为了研制开发在紫外-可见、可见光照下具有良好光催化性能、超亲水性能的自洁净钢板搪瓷材料,本论文从搪瓷瓷釉的设计出发,通过优化钢板搪瓷的瓷釉配方、磨加物配方和搪烧工艺,制备出了新型钢板搪瓷,并对其瓷釉理化性能和显微结构进行了深入研究,探讨了瓷釉的烧成机理;进一步采用溶胶-凝胶法和水热法在新型钢板搪瓷表面构筑Enamel-TiO_2、Enamel-TiO_2-CdS和Enamel-TiO_2-Bi基微纳结构薄膜,并探讨其表面显微结构、晶相组成等对材料光催化性能、表面润湿性能的影响规律,成功研发了在紫外-可见、可见光条件下具备防雾、防污性能的自洁净搪瓷复合材料,主要研究内容如下:(1)研制了新型的SiO_2-B_2O_3-TiO_2-R_2O钢板搪瓷瓷釉。以SiO_2-B_2O_3-TiO_2-R_2O体系为研究对象,通过瓷釉配方设计、磨加物配方设计,制备了一系列适合在钢板上涂搪的瓷釉,瓷釉熔制后颜色呈半透明米黄色,烧成后呈乳白色。通过调节Ti、Si、B等氧化物比例,使瓷釉的膨胀系数更接近钢材的膨胀系数,增强了钢板搪瓷的界面结合。在瓷釉中磨加了非晶态SiO_2,着重研究了磨加物添加、改变烧成工艺等对钢板搪瓷性能的影响。研究发现,当磨加非晶态SiO_2(粒径0.8-1.5μm)含量为8 wt.%、烧成温度在800±5℃时,搪瓷瓷层的耐酸性能达到Class A+级,耐温急变温度达300℃,烧制过程中?-SiO_2液相发生迁移进入[AlO_4]网络结构,形成更加完善的[-SiO_2-B_2O_3-Al_2O_3]四面体网络结构;当烧成温度≤800℃时,搪瓷瓷釉晶相主要为锐钛矿相TiO_2,随着烧成温度逐渐升高至900℃时,搪瓷的晶相转变为金红石相TiO_2,而磨加非晶态SiO_2对TiO_2析晶及晶相转变没有明显影响。(2)构筑了搪瓷表面TiO_2微纳结构。采用溶胶-凝胶法成功地在钢板搪瓷表面构筑了具有光催化性能的TiO_2微纳结构。研究结果表明:热处理温度为400℃时,所获得的Enamel-TiO_2微纳结构表面颗粒均匀,结构疏松多孔比表面积大,并与钢板搪瓷附着良好。在以罗丹明B(Rh B)为目标污染物的光催化降解实验中,该热处理温度下的Enamel-TiO_2微纳结构表现出优良的光催化性能,当Rh B初始浓度为5 ppm时,该材料在氙灯照射80 min后降解率为19.76%,经5次循环试验后催化性能稳定。通过紫外-可见漫反射吸收光谱分析,该结构禁带宽度为2.95 e V,通过EDS、XPS测试发现,搪瓷表面的Al3+、Na+等扩散到Enamel-TiO_2微纳结构中形成了掺杂,从而拓宽了光吸收范围,提高了对光的吸收效率。此外,Enamel-TiO_2微纳结构的热处理温度与表面亲水性能相关,当热处理温度为600℃时的Enamel-TiO_2微纳结构经过紫外光照3 h后,亲水性能最佳(与水的接触角为0°),具备超亲水性和防雾自洁净功能。其亲水性能高的原因可能是由于600℃热处理后,材料表面TiO_2主要以四方晶系的锐钛矿型存在,此种晶相具有桥位氧原子,经紫外光激发后,使其表面产生大量钛羟基,与水完全亲和。(3)发展了Enamel-TiO_2-CdS半导体复合材料。以硫酸钛(Ti(SO_4)_2)和尿素(CO(NH_2)_2)为前驱物,采用水热法在搪瓷表面构筑了分散均匀的TiO_2基微纳结构。当水热合成温度为200℃、水热合成时间为12 h时,获得晶型较完整的Enamel-TiO_2纳米棒状结构(直径在60~100 nm左右),其禁带宽度为3.07 e V,对可见光几乎不响应,经氙灯照射下80 min后,对Rh B光催化降解率为24.9%。以硝酸镉(Cd(NO_3)2·4H_2O)、半胱氨酸(C_3H_7NO_2S)为原料,采用“一步水热法”、“两步水热法”对搪瓷表面TiO_2微纳结构进行敏化,获得Enamel-TiO_2-CdS复合微纳结构,其中“两步水热法”制备的Enamel-TiO_2-CdS复合微纳结构的光吸收边在580 nm左右,显示CdS敏化后拓宽了微纳结构光响应区域,在紫外-可见、可见光照下均具有较好的光催化性能,对Rh B的光催化降解率分别为41.37%(80 min)、25.95%(80 min),并且光催化稳定性良好,优异的光催化性能归因于CdS的引入提高了光生电子-空穴对的光量子产额,同时抑制了电子-空穴对的复合。在对材料表面的润湿性研究中发现,水热合成温度为200℃、水热合成时间为12 h条件下制备的Enamel-TiO_2纳米棒状结构无需紫外光照其接触角为0°,具有优良的超亲水性能;通过“两步水热法”获得的Enamel-TiO_2-CdS微纳结构在无紫外光照情况下与水的接触角为24.3°,可能与复合后钛羟基表面密度下降有关,经紫外光照3 h后,材料表面与水接触角降至4.5°。(4)开发了多种Enamel-TiO_2-Bi基半导体复合材料。采用“两步水热法”,利用不同前驱物对搪瓷表面TiO_2微纳结构进行了敏化,分别获得了Enamel-TiO_2-BiVO_4、Enamel-TiO_2-BiOCl、Enamel-TiO_2-Bi_2WO_6半导体复合微纳结构,对紫外-可见、可见光均有不同程度的响应,其中Enamel-TiO_2-Bi_2WO_6微纳结构材料在原有的Enamel-TiO_2纳米棒结构上生长出了细小颗粒,呈毛毛虫状表面粗糙结构;通过XRD、TEM、XPS分析,进一步验证了Enamel-TiO_2-Bi_2WO_6微纳结构包含有锐钛矿相的TiO_2和钨铋矿相的Bi_2WO_6;通过紫外-可见漫反射吸收光谱分析表明,该材料的禁带宽度为2.53 e V,吸收范围拓宽到了可见光区,对紫外-可见、可见光均有响应,经照射80 min后,对Rh B降解率分别达到44.5%、23.5%,光催化效果最佳。这归因于Bi_2WO_6的价带边电势比TiO_2的更正,复合结构促进了光生电子-空穴对的分离效率,使得体系中活性组分(e-、h+和·OH等)存在的时长延长,增加与污染物分子反应的概率,提高了光催化效果。同时,经与水的接触角实验发现,所获得的Enamel-TiO_2-Bi基半导体复合微纳结构无需光照均具备非常优异的超亲水性能,从水滴接触到材料表面到水完全在材料表面铺展开均在1.5 s内,具有较大的应用潜力。
参考文献：
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[8]. 分级结构纳米线的制备、表征与器件研究[D]. 徐林. 武汉理工大学. 2013
[9]. 基于p-型硒化锌纳米结构的p-n结构筑及其光电子器件研究[D]. 张希威. 苏州大学. 2014
[10]. 钢板搪瓷表面氧化钛基微/纳米复合结构构筑及性能研究[D]. 陈丽芸. 东华大学. 2017
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