水热法制备不同形貌纳米ZnO阵列及光学性能的研究

采用简单水热法制备得到棒状、铅笔状和塔状不同形貌的纳米ZnO阵列。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发射光谱对样品结构、形貌、光学性能和催化性能进行表征;结果表明,样品晶型比较完整,PL谱图表明样品在380nm左右都出现了强烈的紫外发射峰。同时,以甲基橙为模拟污染物,通过光催化测试表明,产品均具有良好的光催化性能,其中塔状纳米ZnO的光催化性能较高。

纳米ZnO阵列的制备及荧光特性

使用结构简单的恒温管式炉设备，以ZnO及无定形碳粉末为原料，高纯Ar气为载气，在单晶硅和Al2O3基底上，用化学气相沉积技术，在600～1100℃范围内翻备了择优取向的纳米ZnO晶体阵列．用扫描电子显微镜（SEM）和荧光光谱（PL）等方法对ZnO薄膜阵列的结构和性能进行了表征，讨论了生长条件对纳米ZnO晶体阵列性能的影响．

沉积温度对取向纳米ZnO阵列形貌结构的影响

采用化学气相沉积方法,以ZnO及无定形碳粉末为原料,高纯Ar气为载气,在单晶硅和Al2O3基底上,用化学气相沉积技术,在750-1 050℃范围内制备了取向的纳米ZnO晶体阵列.用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱(PL)等方法对ZnO薄膜阵列的结构和性能进行了表征,发现沉积温度对取向ZnO纳米阵列的生长结构和光致发光特性有重要影响,并就生长条件对纳米ZnO晶体阵列性能的影响因素进行了讨论分析.

基于ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池研究

在钙钛矿太阳电池中利用水热法制备ZnO纳米棒阵列时,TiO_(2)薄膜一般是制备ZnO种子层以及后续生长ZnO纳米棒阵列的基础。因此TiO_(2)薄膜的致密和平滑程度对ZnO纳米棒阵列的生长及相应太阳电池的光伏性能有重要影响。本文通过使用水解-热解法以NbCl5为铌源在FTO导电基底上制备了Nb掺杂的TiO_(2)致密层,有效提升了TiO_(2)薄膜的致密程度,并在此基础上通过水热法成功沉积生长了具有不同长度、直径和面密度的ZnO纳米棒阵列。通过两步连续沉积法在所得ZnO纳米棒阵列上制备了摩尔比为CH3NH3I/CH3NH3Br=85/15的CH3NH3PbI3-xBrx钙钛矿薄膜。使用spiro–OMeTAD作为空穴传输层,组装了基于Nb掺杂TiO_(2)致密层的ZnO纳米棒阵列钙钛矿太阳电池,在相对湿度55%的空气中获得了13.97%的光电转换效率。

缺陷ZnO纳米阵列的制备及其光降解性能

以硝酸锌和氨水为反应原料,采用无种层低温溶液法制备ZnO纳米阵列,进一步通过硼氢化钠还原法制备缺陷ZnO纳米阵列。通过SEM、XRD、UV-Vis DRS和IR等方法对缺陷ZnO纳米阵列的结构和组成进行分析。探讨硼氢化钠浓度、还原反应温度及时间对缺陷ZnO纳米阵列光降解性能的影响。结果表明,所制备的ZnO纳米阵列紧密排列于不锈钢网表面,具有缺陷的ZnO阵列形貌未发生改变,仍为六边形柱状,直径约(0.5~1)μm。光催化实验表明,在1 M硼氢化钠溶液,还原反应温度50℃,还原反应时间12 h条件下,制备的缺陷ZnO纳米阵列性能最佳,对亚甲基蓝的降解率高达95.9%,相比较纯ZnO降解率提高了44个百分点。另外,缺陷ZnO纳米阵列对氧氟沙星、诺氟沙星及环丙沙星也表现出了较强的降解性能。

面向可穿戴生理传感应用的氧化锌纳米棒阵列修饰蚕丝

蚕丝是天然蛋白质纤维,具有光滑、亲肤、机械强度高等优点,作为纺织纤维在我国已有数千年的使用历史。随着智能时代的到来,织物电子研究逐渐兴起,但是蚕丝纤维在智能可穿戴应用领域的研究还非常有限。该文提出了一种在单根蚕丝纤维表面原位修饰氧化锌(ZnO)纳米棒阵列的低成本方法,成功制备了基于单根蚕丝纤维的ZnO纳米棒阵列。研究表明,ZnO纳米棒致密且均匀地垂直排列于蚕丝表面,其直径为100~200 nm,长度约为2μm,其晶型为六方纤锌矿结构。结合ZnO纳米棒的压电性质,构建了基于ZnO纳米棒阵列修饰单根蚕丝的压电传感器。该传感器可有效地将机械能转换为电能,可对手指的敲击、按压、弯曲动作实时响应,将其固定于腹部或体表心脏部位可对人体呼吸、心跳等生理数据进行监测。此外,该传感器还可分辨木琴敲击过程中音调和音阶的变化。该文所构建的蚕丝基压电传感器在人体动作、生理参数实时监测方面展示了极大潜力,有望拓展蚕丝在可穿戴织物器件和智能传感领域的实际应用。

锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列的制备及其在钙钛矿太阳电池中的应用

在钙钛矿太阳电池中,定向生长的TiO_(2)纳米棒阵列具有可控的排列结构,能够为电子的传输提供有序的径向传输通道,从而改善电子在界面间的分离与传输。本文通过水热法成功制备了长度为400 nm、直径为65 nm、面密度为160μ·m^(-2)的锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列,使用摩尔比n(CH_(3)NH_(3)I):n(CH_(3)NH_(3)Br)=85:15的CH_(3)NH_(3)PbI_(3-x)Br_(x)薄膜作为钙钛矿光吸收层,spiro-OMeTAD作为空穴传输层组装了基于锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池,研究了不同纳米棒阵列对钙钛矿太阳电池光伏性能的影响,结果表明,基于锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列钙钛矿太阳电池在相对湿度为54%的空气环境下取得了14.35%的光电转换效率。

ZnO纳米线阵列的定向生长、光致发光及场发射性能

采用光刻和脉冲准分子激光沉积技术在Si衬底上制备了图形化的ZnO种子层薄膜。分别采用气相输运和水热合成法,制备了最小单元为30μm的图形化的垂直定向生长的ZnO纳米线阵列。X射线衍射(XRD)分析显示ZnO纳米线阵列具有高度的c轴[001]择优取向生长特性。从扫描电子显微镜(SEM)照片看出,阵列图形完整清晰,边缘整齐。纳米线阵列室温下光致发光(PL)谱线中在380nm左右具有强烈的紫外发射峰,可见光区域发射峰得到了抑制,证明ZnO纳米线缺陷少,晶体质量高。场致电子发射测量表明,ZnO纳米线阵列开启电场和阈值电场分别为2.3,4.2V/μm,具有较好的场致电子发射性能。

表面修饰引发的ZnO纳米棒阵列膜的超疏水性

Well oriented ZnO nanorod array films were prepared by a low cost and low temperature hydrothermal approach. The wettability of the films were studied. The films treated with octadecanethiol(ODT) possess super hydrophobic properties. The static contact angle for water of the ODT modified films is 155.3°±2.3°, and the advancing and receding angles are 156.5°±1.9° and 150.3°±2.8°, respectively. It is believed that the super hydrophobic property of the ZnO nanorod array films is mainly caused by the nanostructures of the films and the modification of ODT adsorption layer on ZnO surfaces.

电沉积法制备ZnO纳米棒/管阵列及其机理研究

采用恒电位电沉积法在未经修饰的ITO导电玻璃基底上用一步法制备了ZnO纳米棒阵列结构,并经碱蚀制备了ZnO纳米管阵列结构。通过阴极线性扫描分析了通氧及添加剂六次甲基四铵(HMT)对沉积ZnO薄膜的电化学行为的影响。结果表明,电沉积体系中通入氧气对阴极还原反应起到了加速作用,而电沉积体系中的HMT通过水解作用对电沉积反应起到了稳定剂作用。在氧气和HMT的协同作用下可使ZnO更加充分地成核生长,得到结构清晰分明的六方棱柱ZnO晶种,进而形成规则均一的ZnO薄膜。

N-TiO_2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板,采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列.扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明:两种阵列的纳米管均为六角形结构,直径约为100nm,壁厚约为20nm;在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中,掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面,仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置;表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化,增强了纳米管阵列的光吸收效率,促进了光生载流子的分离.光催化实验结果表明,N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.

定向ZnO纳米钉阵列的制备及生长机理

在550℃下,采用化学气相沉积(CVD)法在镀Au(10nm)的Si(100)衬底上,制备了ZnO一维纳米钉阵列结构。X射线衍射(XRD)谱图中只显示了(002)衍射峰,其半峰全宽为0.166°,表明制备的纳米钉阵列具有高度c轴择优生长取向的特点和较高的结晶质量,高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射图(SAED)谱的结果表明所得到的单根纳米钉为沿(002)生长的单晶结构;同时,对一维纳米钉阵列的生长机理进行了分析。结果表明:由于Si与ZnO之间大的晶格失配度,首先在Si表面沉积一层富Zn的ZnOx薄膜缓冲层,然后通过VLS机理中的底端生长模式生长成为纳米钉阵列结构。

籽晶层热处理温度对ZnO纳米棒阵列性能的影响

以不同热处理温度下制备的ZnO籽晶层为基底,采用水热法生长ZnO纳米棒阵列,对制备得到的ZnO纳米棒阵列的相结构和微观形貌以及发光特性进行了表征,分析了籽晶层热处理温度对ZnO纳米棒阵列性能的影响机理,发现在籽晶层热处理温度为450℃时,生长得到的ZnO纳米棒阵列空间取向最优,发光性能最好。

ZnO纳米管有序阵列与Cu_2O纳米晶核壳结构的光电化学性能及全固态纳米结构太阳电池研究

采用电化学方法在铟锡氧化物（ITO）导电玻璃基底上制备了高度有序的ZnO纳米管阵列，然后在ZnO纳米管阵列上电化学沉积Cu2O纳米晶颗粒，获得了一维有序Cu2O／ZnO核壳式纳米阵列结构，通过控制Cu2O纳米晶的沉积电量得到不同厚度的Cu2O壳层，并对该核壳式纳米阵列的形貌和结构进行了分析．以Cu2O／ZnO一维核壳式纳米阵列结构为光电极组装全固态纳米结构太阳电池，研究了Cu2O壳层厚度对光电极光吸收性能、光电性能以及组装电池光伏性能的影响，优化了电池中对电极材料的喷金厚度．结果表明，以Cu2O沉积电量为1．5C的Cu20／ZnO为光活性层，以4mA电流下真空镀金20～25min的铜基底为对电极组装的简易太阳电池最高可获得0．013％的光电转换效率．

高取向As掺杂ZnO纳米线阵列的制备与表征

在不采用任何金属催化剂的条件下,运用化学气相沉积法,在Si(100)衬底上制备出高取向的As掺杂ZnO纳米线阵列。样品的X射线衍射(XRD)谱显示获得了单一取向的衍射峰,表明样品具有较好的结晶质量。场发射扫描电镜(FE-SEM)观察表明,As掺杂ZnO纳米线阵列具有均一的直径和长度,其顶部和根部直径分别为70 nm和100 nm,长度约为1.5μm。此外,在能量色散谱(EDS)中观测到了As元素的存在。在低温(11 K)光致发光谱中还观测到了与As掺杂相关的中性受主束缚激子发光(A0X),证实As元素作为受主掺杂进入ZnO晶格。As掺杂ZnO纳米线的成功制备为ZnO基纳米光电器件的实现提供了一种可行的p型掺杂方法。

ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列制备及光催化性能

利用湿化学法在FTO玻璃基底上制备了高度规整的ZnO纳米棒阵列(ZnO NRAs),以此为衬底,采用磁控溅射法在ZnO NRAs表面沉积Cu_2O薄膜。分别用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜、光致光谱、紫外可见分光光度计和电化学工作站对样品的物相、形貌、吸收光谱、光电性能进行了表征,用甲基橙(MO)模拟有机物废水研究复合材料的光催化性能。结果表明:ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构,其直径约为80~100 nm,长约2~3μm,棒间距约100~120 nm。立方晶系的Cu_2O颗粒直径约为100~300 nm,形成致密膜层并紧密覆盖在ZnO NRAs表面上,构成ZnO/Cu_2O异质结纳米阵列(ZnO/Cu_2O HNRAs)结构。与纯ZnO NRAs和Cu_2O相比,ZnO/Cu_2O HNRAs在可见光范围内的吸收显著增强,吸收波长向可见光方向偏移。ZnO/Cu_2O HNRAs的载流子传递界面的电荷转移速度快,有效促进了光生电子和空穴的分离。在紫外-可见光照射65 min后,ZnO/Cu_2O HNRAs的降解效率为94%,分别是纯ZnO NRAs和Cu_2O的18倍和1.7倍。

Zn/纳米棒阵列ZnO/聚噻吩复合电极的制备及光电化学性质

使用简单的水热法在锌片上生长ZnO纳米棒阵列,并用电化学共聚制备了ZnO纳米棒阵列与聚噻吩(Zn/ZnO/PTH)复合膜。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对ZnO的结构和形貌进行表征,XRD结果表明产物为六方纤锌矿型ZnO。SEM结果表明,在垂直锌片方向生长了包括纳米棒、纳米片、纳米线的表面光滑的ZnO纳米阵列,其中以纳米棒为主,其直径为30～100nm,长度>1μm。用光电流作用谱、光电流-电势图研究了Zn/ZnO/PTH电极的光电转换性质。结果表明,PTH修饰ZnO/Zn电极可使光电流产生波长发生明显红移,使其光电转换效率提高了4倍,填充因子FF=33%,光电转换效率η=1.25%。

阵列纳米ZnO的一种新颖的制备方法及其光致发光特性研究

将锌粉、炭粉和氧化锌粉末混合,用简单的热蒸发方法一步就合成了大量的尖锥状纳米ZnO阵列,该方法克服了其它制备方法需要先单独制备催化剂再合成ZnO的缺点而且得到产物不含杂质。用SEM、EDX、XRD和PL对样品进行了形貌、结构和发光特性分析。结果表明,生成的锥状阵列纳米ZnO为六方纤锌矿结构,产物中氧的含量不足,初步探讨了阵列纳米ZnO结构的生长机理和光致发光性质。

不同氧流量条件下ZnO纳米棒阵列的形成及机理分析

采用脉冲激光沉积结合化学气相沉积方法在p-Si(111)衬底上制备了呈直立生长的ZnO纳米棒阵列,并且研究了氧流量对ZnO纳米棒尺寸、结晶特性等性质的影响。研究结果表明,在没有氧气的环境下无法生长ZnO纳米棒;随氧流量减小,不同晶面上ZnO生长速率的不同导致ZnO纳米棒长度减小、直径变粗、结晶质量变差、纳米棒面密度减小。氧流量的减小使得ZnO纳米棒中的氧空位缺陷含量增加,导致位于约520nm处的绿光峰增强。

电沉积ZnO纳米棒阵列膜制备及其透光性能研究

应用阴极恒电流电沉积法,以ZnC l2水溶液为电解液,在经预处理的ITO导电玻璃上制备ZnO纳米棒阵列,扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及透射光谱等测试表明,ZnO纳米棒阵列具有c轴高度择优取向,呈六方纤锌矿结构.当入射光波长大于380 nm时,ZnO纳米棒阵列的透光率大于95%,并且禁带宽度变窄.