低維硅基納米復合材料及光電應用.pdf

1、本文首先綜述了低維硅基納米結構復合材料研究的新進展。硅材料作為最重要的半導體材料，在信息和光伏領域都取得了很大的成功。硅材料的優(yōu)勢主要體現在其較窄的禁帶寬度、較低的生物毒性、資源豐富、價格相對低廉等特性。由于量子限制效應的影響，納米硅結構的材料光電性能都發(fā)生明顯的變化，其應用領域也在不斷地拓寬。低維硅基納米結構材料將開辟新材料開發(fā)以及應用領域的新紀元。
　　 通過濕化學的方法制備了烷氧基修飾和硅氧基端基修飾的零維納米硅晶體，采用

2、透射電鏡(TEM)、傅里葉紅外變換吸收光譜(FTIR)、X-射線衍射光譜(XRD)等手段表征了納米硅晶體的結構。結果表明所制得的納米硅粒子的粒徑約為3.4nm，量子限制理論計算得到其禁帶寬度約為3.7 eV；硅氧端基納米硅顯示綠色熒光，乙氧端基納米硅顯示藍色熒光。通過熒光壽命檢測等分析手段驗證了綠色熒光的發(fā)光機制源于電子、空穴域化的表面缺陷態(tài)，量子限制效應理論計算得到納米硅域化后的電子空穴玻爾半徑分別為1.75 nm和1.49 nm。<

3、br>　　 通過濕化學的途徑，利用表面硅氯鍵的納米硅和酸化的碳納米管反應制得了硅/碳納米管復合材料，然后采用TEM、FTIR、熒光發(fā)射光譜(PL)等手段對納米復合材料的結構和熒光特性進行了表征。發(fā)現納米硅粒子通過共價鍵方式均勻地修飾在碳管的表面，同時納米硅和碳管復合后熒光發(fā)生明顯淬滅現象。通過熒光壽命衰減曲線發(fā)現納米復合材料的熒光壽命明顯小于納米硅的熒光壽命。經過理論分析發(fā)現復合體系中納米硅和碳管之間存在福斯特能量轉移，其理論能量轉移

4、效率約為0.41，而通過動力學熒光壽命衰減曲線中納米硅熒光壽命分析得到能量轉移效率大約為0.37，兩者之間的誤差在合理的范圍之內，證明了復合材料中的光致能量轉移過程。
　　 利用自組裝的方法制備了石墨烯/納米硅復合材料，開爾文力顯微鏡表征結果發(fā)現，所制得的石墨烯厚度大約2.1 nm，約3-4層。研究了納米硅/石墨烯復合材料在不同的光照條件下的電勢隨光照的變化，初步討論了納米硅和石墨烯之間的光致電荷轉移過程。
　　 用金屬

5、催化腐蝕的方法制備了硅納米線陣列材料，并在其表面涂覆了一層氧化鋅溶膠凝膠，經過熱處理制得了三維結構的硅/氧化鋅核殼納米線陣列。采用掃描電鏡，透射電鏡，X射線衍射光譜，反射光譜等手段對其結構和反射性能進行了表征，結果表明所制得的硅納米線的直徑約100 nm，長度約10μm，包覆的氧化鋅厚度約20-30 nm；硅/氧化鋅納米線陣列的反射率小于硅氧化鋅平面異質結和硅平面的的反射率。進一步利用電化學工作站等研究手段研究了異質結陣列的光催化性能，