2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、ZnO是Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體材料,屬六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。ZnO晶胞中,四配位的O2-和Zn2+組成的交替平面沿著c軸堆積,使得ZnO具有良好的壓電特性和熱電特性。ZnO的禁帶寬度在室溫下為3.37 eV,適合作為短波長的光電器件材料。激子束縛能為60 meV,可以實(shí)現(xiàn)室溫下的激子受激發(fā)光。通過摻雜的ZnO薄膜既具有良好的導(dǎo)電性,在可見光區(qū)域又有很高的透射率,可以在太陽能電池中用作窗口材料和透明電極。尤其ZnO的納米結(jié)構(gòu)在制備納米光電子器件方

2、面有很好的應(yīng)用價值,且制備工藝簡單,原料豐富無毒。因此ZnO是一種具有重要研究價值的材料。本文通過水熱法和化學(xué)氣相沉積(CVD)法在不銹鋼絲網(wǎng)表面制備了ZnO納米結(jié)構(gòu),主要研究了其光學(xué)及其潤濕性能。另外,本文還研究了濺射功率、襯底溫度和氫氣摻雜比對Al摻雜ZnO(AZO)透明薄膜電學(xué)性能的影響,并探討了具有陷光結(jié)構(gòu)AZO薄膜對硅薄膜太陽能電池的作用。主要內(nèi)容如下:
  (一)隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展而導(dǎo)致日益嚴(yán)重的油污染,而傳統(tǒng)的油水分

3、離技術(shù)由于其較低的分離效率、較高的成本等缺點(diǎn),人們迫切需要一種有效的油水分離技術(shù)。利用具備超疏水和超親水性能的材料進(jìn)行油水分離是目前的一個研究熱點(diǎn)。本文采用水熱法,將濺射了一層Al的不銹鋼絲網(wǎng)垂直放入裝有六水合硝酸鋅和六亞甲基四胺混合溶液的高壓反應(yīng)釜中,在溫度為90℃的環(huán)境中下反應(yīng)2 h,從而在不銹鋼絲網(wǎng)的表面制備了均勻致密的ZnO納米片陣列。樣品的光致發(fā)光(PL)光譜表明,隨著反應(yīng)時間的增加,樣品的結(jié)晶質(zhì)量變好。把樣品浸泡在硬脂酸的乙

4、醇溶液中10 h,最后制備樣品表面的水接觸角高達(dá)156°,油接觸角為0°,并且油滴可以很容易的穿過濾網(wǎng)。制備的ZnO納米片構(gòu)成的粗糙表面和原始不銹鋼絲網(wǎng)的尺寸對濾網(wǎng)的超疏水性能有重要的影響,當(dāng)不銹鋼絲網(wǎng)的尺寸為75μm時,濾網(wǎng)具有最大的水接觸角。實(shí)驗(yàn)中用了四種油水混合物,制備的濾網(wǎng)均能實(shí)現(xiàn)油水分離,其中對于柴油的分離效率高達(dá)95.3%。
  (二)超疏(親)水或超疏(親)油仍然是一種單一性質(zhì)的潤濕表面,通過賦予材料表面不同潤濕性的

5、可逆轉(zhuǎn)換功能,可以實(shí)現(xiàn)更多更有趣的應(yīng)用。利用CVD法,在濺射了金膜的不銹鋼絲網(wǎng)上制備了致密的ZnO納米線陣列,制備的ZnO納米線陣列具有良好的c軸取向,排列整齊、均勻。ZnO納米線的光致發(fā)光譜表明,隨著納米線直徑的增加,樣品的結(jié)晶性能變好。制備的樣品在黑暗中儲存一段時間后,不需要經(jīng)過低表面能物質(zhì)修飾,其表面的水接觸角為157°,在用紫外光照射后,制備的樣品表面由超疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水,水接觸角為0°,水可以容易的穿過制備的樣品。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)

6、發(fā)現(xiàn),通過黑暗儲存和紫外光照射的交替變化,表面的潤濕性也會變化,并且這個過程是可逆的。原因在于 ZnO是一種光響應(yīng)材料,在紫外光的照射下,水很容易被吸附在表面產(chǎn)生的氧空穴上,樣品從而表現(xiàn)出了親水性。當(dāng)樣品在黑暗中儲存時,吸附在表面氧空穴處的羧基最終被空氣中氧原子替代,樣品最終由超親水又轉(zhuǎn)換成超疏水。制備的樣品除了具備超疏水性外,還具有超親油性,可以用于油水分離,對于柴油的分離效率為97%。此外,還利用兩步法在Al基底上制備了高質(zhì)量的Zn

7、O納米線陣列,其具有更好的形貌,更短的潤濕性轉(zhuǎn)化時間。
  (三)通過磁控濺射法,在不同的濺射條件下,在玻璃基底上制備了AZO薄膜,發(fā)現(xiàn)在溫度、功率、氫氣摻雜比分別為為300℃、200 W、8%時制備的AZO薄膜具有最低的電阻率和方塊電阻,且透射率超過85%。制備具有陷光結(jié)構(gòu)的AZO薄膜是提高硅薄膜太陽能電池的一種有效方法,具有陷光結(jié)構(gòu)的太陽能電池可以使入射光發(fā)生散射,增加入射光的光程,從而增加光的吸收,提高太陽能電池的效率。通過

8、在玻璃基底上濺射一層Al薄膜,分別采用草酸和磷酸作為電解液,然后利用陽極氧化法制備出具有不同孔徑的多孔氧化鋁模板,在擴(kuò)孔后用氫氟酸直接進(jìn)行化學(xué)刻蝕,在玻璃表面上刻蝕出兩種不同尺寸的粗糙結(jié)構(gòu)。相對于在光滑玻璃基底上,在用磷酸作為電解液制備的具有粗糙結(jié)構(gòu)的玻璃基底上制備的n-i-p太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率由4.53%增加到5.03%。另外在刻蝕出粗糙結(jié)構(gòu)的玻璃上利用上面最佳條件濺射一層 AZO薄膜,從而制備出了具有陷光結(jié)構(gòu)的AZO薄膜,其透射率

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