取向ZnO納米線陣列的制備及在納米發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用.pdf

1、ZnO的禁帶寬度是3.34eV，激子束縛能大約是60meV[1]，作為一種新型的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，它具有很多優(yōu)于其他半導(dǎo)體材料的典型特征，近來受到世界范圍內(nèi)研究者的廣泛重視。針對(duì)ZnO半導(dǎo)體材料在納米壓電及納米發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，本論文利用水熱合成法，在zn片上成功制備出高取向的ZnO納米陣列，通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、光致發(fā)光(PL)等測(cè)試手段對(duì)制備的取向ZnO納米陣列樣品進(jìn)行了表征。最后，論文利用不同條

2、件下制備的取向ZnO納米陣列樣品組裝了一種可將電磁輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募{米發(fā)電機(jī)。
　　 本論文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)、論文首先利用水熱合成法，采用氨水作為O源，Zn片作為Zn源，在密閉的反應(yīng)釜中，通過改變NH4+離子濃度和生長(zhǎng)時(shí)間，找到了制備高取向ZnO納米線陣列的最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：氨水與水按體積比1:5，反應(yīng)時(shí)間為24h，反應(yīng)溫度為100℃條件下，可制備出直徑400nm，長(zhǎng)度平

3、均長(zhǎng)度約為3u～15um左右的大面積高取向ZnO納米線陣列。
　　 (2)、對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下制備的取向ZnO納米陣列樣品用掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)不同生長(zhǎng)參數(shù)下制備的納米線陣列直徑大小約為幾百納米，平均長(zhǎng)度約為3u～15um左右，納米線粗細(xì)均勻，表面光滑，晶體呈現(xiàn)圓柱狀及六角柱狀；XRD進(jìn)行圖譜分析發(fā)現(xiàn)，制備的ZnO樣品納米線陣列結(jié)構(gòu)為常見的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，所有樣品都具有在(002)晶面上擇優(yōu)生長(zhǎng)的特點(diǎn)。研究發(fā)

4、現(xiàn)溶液濃度越大，(002)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的趨勢(shì)形貌越好；PL光譜分析表明，ZnO納米線陣列在368.59nm的紫光區(qū)有一個(gè)非常尖銳的波峰，該發(fā)射峰能量為3.364ev，通過激子能量分析，發(fā)現(xiàn)制備的ZnO樣品納米線陣列是典型的N型半導(dǎo)體[2]。樣品PL光譜譜峰中只有368.59nm處的一個(gè)波峰，沒有發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)及缺陷發(fā)光峰，說明制備的ZnO納米線陣列具備的晶形完整，品格缺陷較少。
　　 (3)針對(duì)目前王中林研究小組制備的壓電納米發(fā)電機(jī)在

5、驅(qū)動(dòng)能源要求苛刻及納米電機(jī)輸出電流過小等問題，論文利用不同生長(zhǎng)參數(shù)下制備的ZnO納米線陣列，采用不同的電極材料組裝了一種可將電磁輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募{米發(fā)電機(jī)。利用手機(jī)輻射信號(hào)作為電磁波輻射源，通過控制變量的方法對(duì)制備出的各種納米發(fā)電機(jī)的輸出電流進(jìn)行了測(cè)試比較，發(fā)現(xiàn)最佳參數(shù)下，納米電機(jī)的輸出電流可達(dá)到幾十微安，遠(yuǎn)高于目前壓電納米發(fā)電機(jī)的電流輸出值。論文探究分析了這種新型納米半導(dǎo)體發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)理，這種新型納米發(fā)電機(jī)利用了電磁感應(yīng)原理，可將

6、連接ZnO納米線陣列與金屬電極的連線等效為對(duì)稱振子天線，對(duì)稱振子天線可感應(yīng)接收空間中的高頻交變電磁信號(hào)，并在對(duì)稱振予天線中感應(yīng)出交變電流。而ZnO半導(dǎo)體納米陣列與金屬電極間因肖特基接觸將形成一個(gè)PN結(jié)，類似于一個(gè)檢波二極管，具有單向?qū)ǖ恼魈匦?。最后，整個(gè)系統(tǒng)就可將連接ZnO納米線陣列與金屬電極的兩根金屬導(dǎo)線感應(yīng)出的交變電流轉(zhuǎn)換為直流電流輸出。利用電磁感應(yīng)定律制備的ZnO納米半導(dǎo)體發(fā)電機(jī)，其輸出輸出電流值大大提高，從nA數(shù)量級(jí)達(dá)到了u