氧化鎢和氧化鋅一維納米線陣列的制備和光電器件研究.pdf

1、當(dāng)今科技前沿領(lǐng)域，納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。金屬氧化物一維納米材料是一類有著重要應(yīng)用前景的功能材料。本文圍繞著氧化鎢和氧化鋅這兩種代表性的氧化物半導(dǎo)體材料，分別采用熱蒸發(fā)沉積和化學(xué)氣相沉積法，實現(xiàn)了大面積、均勻的一維氧化鎢和氧化鋅納米線陣列的制備。本研究工作聚焦于氧化鎢和氧化鋅的納米結(jié)構(gòu)的新型場發(fā)射器件、光電化學(xué)轉(zhuǎn)化器件、紫外光電探測器件和發(fā)光波長可調(diào)發(fā)光二極管(LED)器件，開展了以下幾個方面的研究：
　　(1)柔性電子

2、器件的發(fā)展方興未艾，新型柔性冷陰極材料在未來的許多領(lǐng)域中都有重要應(yīng)用。本文采用熱蒸發(fā)方法，實現(xiàn)了大面積、均勻的W18O49納米線陣列、W20O58納米線陣列和WO3三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制備，綜合利用SEM、TEM、XPS和Raman散射等各種物性表征手段對其分析甄別。研究了氧化鎢納米線陣列/碳纖維結(jié)構(gòu)的柔性冷陰極的制備方法和性能測試，發(fā)現(xiàn)W20O58納米線陣列/碳纖維柔性冷陰極材料具有4.3 MV/m的閾值電場和高達(dá)122mA/cm的發(fā)射電流

3、，以及在5.252mA/cm發(fā)射電流密度下，1小時內(nèi)電流波動小于5％的高穩(wěn)定性，這得益于這種柔性冷陰極材料具有良好電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。這種W20O58納米線陣列/碳纖維柔性冷陰極材料的發(fā)現(xiàn)和研究，極大的拓展和提升了在此之前人們在碳納米管/高分子聚合物類柔性冷陰極材料的研究水平。
　　(2)氧化鎢納米材料由于自身良好的物理、化學(xué)性質(zhì)，在光催化和光電化學(xué)電池領(lǐng)域有廣闊的開發(fā)前景。本文研究了WO3三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)巨大的比表面積和良好的電子傳

4、輸通道對其光催化降解有機(jī)物性能，以及光電化學(xué)電池效率的提升。通過二次生長實現(xiàn)了雙層WO3納米線陣列，表現(xiàn)出光吸收增強(qiáng)效應(yīng)，光電化學(xué)轉(zhuǎn)換效率在325 nm處最高達(dá)到73％，總太陽能光譜轉(zhuǎn)化效率為0.5％。利用氧化鎢自身光催化活性，實現(xiàn)了簡單、高效、均勻的貴金屬(Au，Ag，Pt和Pd)納米顆粒對WO3納米線陣列的修飾，由于金屬顆粒/半導(dǎo)體材料界面的表面等離子體共振效應(yīng)，其光電化學(xué)活性進(jìn)一步增強(qiáng)。
　　(3)氧化鋅納米材料紫外光電探測

5、器有優(yōu)異的性能，但是目前的研究表明，大的紫外光光響應(yīng)電流和快速響應(yīng)時間無法兼顧。本文闡述了垂直度良好的ZnO納米線陣列制備方法，實現(xiàn)了ZnO納米線直徑的調(diào)控。利用ITO電極貼合方法制備了結(jié)構(gòu)簡單的ZnO納米線陣列紫外光電探測器，由于器件由眾多納米線并聯(lián)組成，能同時實現(xiàn)毫安級的光電流，以及毫秒量級的響應(yīng)時間和恢復(fù)時間，具有實用化前景。此外還嘗試?yán)媒涣麟娪痉?，實現(xiàn)了氧化鎢單根納米線的電極接觸，并討論氧化鎢納米線的紫外光電響應(yīng)性能。

6、　　(4)氧化鋅是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，在未來的光電子器件領(lǐng)域有重要的發(fā)展前景。圍繞ZnO的能帶工程這一重大科學(xué)問題，本文利用Au顆粒催化誘導(dǎo)的化學(xué)氣相沉積法，實現(xiàn)了高質(zhì)量的Ga x Zn1-x O(0≤x≤0.66)納米線陣列外延生長。首次發(fā)現(xiàn)了Ga x Zn1-x O納米線體系中Ga原子和Zn原子外層電子結(jié)合能的相對移動。光致發(fā)光譜顯示，Ga x Zn1-x O納米線的近帶邊發(fā)射峰從378 nm移動到416.8 nm。本文還成