论文摘要
ZnO由于其优异的光电性能,在紫外LEDs/LDs、太阳能电池和场效应晶体管等领域具有较大的应用潜力。光学气相过饱和析出法（OVSP）制备的富受主型ZnO（A-ZnO）微米管可作为光学微腔支持多重光学谐振模式,并在高效多彩荧光调控、低阈值紫外激光输出和片上集成光催化领域展现了优越的性能。激光由于具有瞬时高能量密度注入特性,是实现材料表面物理化学性质高效改性的重要方法之一。本研究采用248-nm KrF准分子激光辐照OVSP法制备的本征富受主型ZnO单晶微米管微腔,探究激光辐照富受主型ZnO微米管制备微纳结构的工艺及其对ZnO微米管光电特性的调控作用。研究表明,激光辐照可在ZnO微米管表面可控制备6种微纳结构,微纳结构的生长归因于激光辐照的热效应以及ZnO微米管稳定的Zn空位相关富受主,激光辐照下,ZnO表面温度高于分解温度,在激光快速加热冷却过程中,Zn空位点缺陷附近的ZnO热分解——表面再沉积过程,促使ZnO分子在管外壁重新成核自组织生长成不同形态的微纳结构。激光功率密度控制表面温度,决定了微纳结构的形貌,而微纳结构的尺寸和密度受脉冲数调控。通过拉曼光谱和紫外荧光光谱分析验证了微纳结构引入大量O空位和Zn填隙等表面缺陷态,微米管在能量密度200 mJ/cm2、300个脉冲辐照条件下,其电阻率低至3.39×10-3Ω·cm,比辐照前降低了一个数量级。具有微纳结构的ZnO微米管由于比表面积增大,其紫外光电探测及光催化降解性能得到显著增强。在紫外光电探测方面,在能量密度200 mJ/cm2、100个脉冲辐照条件下,ZnO微米管紫外光响应度为27.08 A/W,是辐照前微米管光响应度的8倍,同时响应时间缩短75%。与传统ZnO单晶和薄膜结构相比,最大光响应度分别提高50倍和270倍。在光催化方面,通过6-nm表面Au纳米颗粒修饰,在能量密度150 mJ/cm2、200个脉冲辐照后,ZnO微米管的光催化降解速率达到ZnO纳米粉的3.4倍,同时具有可循环利用性,可用于微流道芯片上集成动态光催化降解。本研究结果为宽禁带半导体微腔表面微纳结构制备及应用提供了新机遇。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 黄梓含
导师: 蒋毅坚,闫胤洲
关键词: 富受主型氧化锌微米管,微纳结构,激光辐照,探测,光催化
来源: 北京工业大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技
专业: 物理学,化学,化学,无线电电子学
单位: 北京工业大学
基金: 国家自然科学基金面上项目(11674018)
分类号: TN249;O643.36;O644.1
DOI: 10.26935/d.cnki.gbjgu.2019.000697
总页数: 65
文件大小: 4608K
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标签：富受主型氧化锌微米管论文; 微纳结构论文; 激光辐照论文; 探测论文; 光催化论文;