氧化鋅納米線陣列水熱法合成及其光電探測(cè)和超疏水性能研究.pdf

1、氧化鋅（ZnO）一維納米材料一方面具備了氧化鋅作為直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料的特性：大的禁帶寬度（3.37 eV）、高激子束縛能（60 meV）、高電子遷移率、高擊穿電壓和電子飽和速度、化學(xué)性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)；另一方面其同時(shí)具備了一維材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)：大的比表面積，對(duì)軸向傳播的電子與光線起到束縛作用。這使得氧化鋅一維納米材料在電子、光電子、超疏水材料和氣敏材料等方向擁有廣泛的應(yīng)用前景。本文以具有陣列式的ZnO一維納米線材料為研究重點(diǎn)

2、，分別在材料的水熱法合成及其在光電探測(cè)器件和超疏水材料方面開(kāi)展了以下的研究工作：
　　（1）采用水熱沉積的方式在不同的基底（硅片、ITO玻璃、GaN基片）上制備了垂直于襯底的氧化鋅納米線陣列。通過(guò)改變反應(yīng)時(shí)間、前驅(qū)體濃度、添加劑種類（聚乙烯亞胺（PEI）、氨水）等條件調(diào)控氧化鋅納米線的生長(zhǎng)工藝。通過(guò)掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）和X射線電子衍射（XRD）等手段對(duì)制備的ZnO材料進(jìn)行分析表征。在此基礎(chǔ)之上，通過(guò)光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了

3、在硅基及聚二甲基硅氧烷（PDMS）上制備生長(zhǎng)位置可控的氧化鋅納米線陣列；利用原子層沉積（ALD）的方法制備出具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銅-氧化鋅和氧化鎢-氧化鋅納米線陣列。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果為后續(xù)在光電探測(cè)及超疏水的性能研究及器件制作提供了基礎(chǔ)。
　　（2）利用聚焦離子束制備了單根氧化鋅納米線的紫外光電導(dǎo)探測(cè)器件，通過(guò)比較具有不同直徑納米線器件的性能，直徑小的納米線具有更高的光暗電流比。利用在ITO玻璃上生長(zhǎng)的氧化鋅納米線陣列制備了垂直式紫外光

4、電導(dǎo)探測(cè)器，相較于單根器件，陣列式器件工藝簡(jiǎn)單、利于大規(guī)模制備。利用多孔碳模板，在ITO玻璃上制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的單晶氧化鋅納米線陣列，并制作了垂直式的光電導(dǎo)探測(cè)器。相較于普通氧化鋅納米線，多孔氧化鋅納米線一方面具有更大的比表面積，增強(qiáng)了表面態(tài)對(duì)納米線電學(xué)性能的影響；另一方面多孔結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了材料對(duì)光的散射作用，從而增強(qiáng)了材料對(duì)光的吸收。這些特性使得多孔氧化鋅納米線光敏電阻擁有更高的開(kāi)關(guān)比。
　?。?）通過(guò)兩次水熱法生長(zhǎng)制備出類似于自

5、然界疏水植物表面具有兩重粗糙度結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米線陣列。經(jīng)過(guò)表面疏水修飾后，氧化鋅納米線薄膜表現(xiàn)出良好的超疏水特性，同時(shí)具有與水極小的粘附性以及穩(wěn)定的超疏水特性。在此基礎(chǔ)之上更進(jìn)一步，利用自下而上的水熱生長(zhǎng)工藝與自上而下的光刻、刻蝕工藝相結(jié)合的方法制備出具有三重粗糙度結(jié)構(gòu)的疏水薄膜。通過(guò)與低維粗糙結(jié)構(gòu)的疏水薄膜對(duì)比，三重粗糙度結(jié)構(gòu)的超疏水薄膜表現(xiàn)出最好的超疏水特性，擁有最高的接觸角、最小的滾動(dòng)角和最強(qiáng)的抗沖擊性能。表明通過(guò)增加超疏水薄膜的

6、粗糙維度能夠有效提高其的超疏水性能。
　　（4）結(jié)合對(duì)氧化鋅光電探測(cè)及超疏水特性的研究，制備了一種同時(shí)具備紫外光電探測(cè)及超疏水性能的多孔氧化鋅薄膜。以多孔碳薄膜為模板，通過(guò)原子層沉積的方式在多孔碳表面沉積氧化鋅薄膜，經(jīng)過(guò)高溫煅燒去除掉碳模板后制備出具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氧化鋅薄膜。該方法工藝簡(jiǎn)易，易于大規(guī)模生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)表面疏水處理后多孔氧化鋅薄膜同時(shí)具備了紫外光電探測(cè)及超疏水特性。這種具有自清潔功能的紫外光電探測(cè)器有望在更惡劣的環(huán)境中獲