CuO/In_(2)O_(3)复合纳米材料的制备及其正丁醇气敏性能研究

p-n结独特的势垒效应能够显著地改变半导体复合材料的光学和电学性能,同时也能影响气敏元件的灵敏度。通过两步水热法制备出不同质量比的CuO/In_(2)O_(3)复合纳米材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等方法分析了材料的形貌和结构。观察到CuO为球形分级结构,In_(2)O_(3)纳米颗粒附着在其表面。通过气敏性能测试发现,CuO/In_(2)O_(3)复合纳米材料中CuO与In_(2)O_(3)的质量比为1∶2时,样品在225℃下对体积浓度为100×10^(-6)的正丁醇的灵敏度为107,相对纯In_(2)O_(3)纳米颗粒提升了57%。另外,该样品也对正丁醇表现出很好的选择性和稳定性。

In_(2)O_(3)-Mn_(2)O_(3)复合纳米棒的两步水热法合成及其在氢气传感器中的应用

文中以In(NO_(3))_(3)·4.5H_(2)O为铟源,KMnO_(4)为锰源,PVP为添加剂,分别以水和无水乙醇为溶剂,通过两步水热法成功合成了In_(2)O_(3)-Mn_(2)O_(3)复合纳米棒。采用XRD、SEM、XPS对复合材料的物相组成、微观形貌和元素价态进行了表征和分析,并将In_(2)O_(3)-Mn_(2)O_(3)复合材料组装成气敏传感器元件进行氢气的气敏性能研究。结果表明,相比于In_(2)O_(3),In_(2)O_(3)-Mn_(2)O_(3)传感器的最佳工作温度降低至325℃,且In_(2)O_(3)-Mn_(2)O_(3)传感器在重复性实验中对氢气具有高灵敏度,优异的选择性、重复性和稳定性。复合材料表面丰富的气体吸附位点和p-n异质结使其具有优异的传感性能。

Pt对In_(2)O_(3)纳米线场效应晶体管电学性能的影响

氧化铟纳米线(In_(2)O_(3)NWs)因具有合适的禁带宽度、较高的电子迁移率等优异的电学性能,可应用于晶体管、存储器、传感器等而备受关注,成为研究的热点。本实验通过简单易行的化学气相沉积法生长了In_(2)O_(3)纳米线,结合电子束光刻(EBL)成功制备了In_(2)O_(3)纳米线场效应晶体管器件(Field effect transistor,FET),利用溅射系统在In_(2)O_(3) FET上沉积不同厚度的Pt,研究了Pt纳米颗粒对In2O3 FET电学性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射及光致发光光谱研究了In_(2)O_(3)纳米线的形貌、组成及光学性能;利用X射线光电子能谱分析纳米线的元素化学价态和组成。通过分析沉积Pt前后In_(2)O_(3)纳米线FET的电学性能发现,沉积Pt纳米颗粒后场效应晶体管阈值电压(Vth)有向右偏移的趋势,开关比(Ion/Ioff)有所下降,载流子浓度降低,载流子迁移率增大。晶体管阈值电压(Vth)向右偏移可归因于沉积Pt后金属/半导体接触形成电子转移,此外纳米线的表面缺陷可以充当吸附位点,表面缺陷吸附的氧和水分子将捕获来自纳米线的自由电子,导致表面电子消耗,从而使得载流子浓度降低。研究结果表明,Pt金属纳米颗粒对In_(2)O_(3)纳米线FET的电学性能存在一定的影响。

具有高光开关比和高响应度的单根In_(2)O_(3)纳米线紫外光电晶体管

In_(2)O_(3)纳米线由于其独特性质而成为紫外光电探测器的潜力候选者,目前,In_(2)O_(3)纳米线基紫外光电探测器已被广泛研究,但较大的暗电流限制了其进一步应用。本文制备了In_(2)O_(3)纳米线紫外光电晶体管,通过背栅电压的调制作用,器件中的暗电流几乎被全部耗尽,同时,由于光照下的阈值偏移,栅压对光电流的影响较小。最终得到具有高光开关比(1.07×108)和高响应度(5.58×107 A/W)的单根In_(2)O_(3)纳米线紫外光电晶体管,性能明显优于之前报道的In_(2)O_(3)纳米结构光电探测器。本工作促进了In_(2)O_(3)纳米线在下一代纳米光电子器件和集成电路中的应用。

Al_2O_3纳米线的电化学法制备及形成机理分析

通过对纯铝板电化学阳极氧化及腐蚀液处理,在一定的条件下制备出了排布有序的Al_2O_3纳米线,采用SEM、EDS、IR手段对纳米线微观形貌和组成进行了表征.实验结果表明:多孔Al_2O_3薄膜经腐蚀后形成纳米线,在铝基板上呈六角形排布,组成为纯Al_2O_3,直径随电氧化温度、槽电压的升高和腐蚀处理时间的延长减小,直径范围为16～60nm,长径比较大.在实验的基础上,提出了有序排布Al_2O_3纳米线的形成机理.

p-CuO/n-In_2O_3异质结纳米纤维的制备及气敏特性

以电纺In_2O_3纳米纤维为模版,通过溶剂热法构建了p-CuO/n-In_2O_3异质结纳米纤维.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对所得材料的形貌和结构进行表征.结果表明,CuO纳米颗粒可以均匀地负载在超细In_2O_3纳米纤维表面;随着反应液中乙酸铜浓度的增加,负载的CuO纳米颗粒密度也逐渐增加.通过制备旁热式气敏器件对复合纳米纤维材料的气敏特性进行了研究.结果表明,与纯In_2O_3纳米纤维相比,p-CuO/n-In_2O_3异质结纳米纤维对H_2S气体具有较高的灵敏度和较低的工作温度.

泡沫镍负载Fe_(2)O_(3)@Ni_(3)S_(2)纳米线网状结构电极的制备及其电催化析氧性能

通过两步水热法制备泡沫镍(NF)负载Fe_(2)O_(3)纳米粒子@Ni_(3)S_(2)纳米线网状结构电极(Fe_(2)O_(3)@Ni_(3)S_(2)/NF)。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附测试等方法对电极材料的物相和微观结构特征等进行了表征。水热条件下原位表面化学刻蚀生成的Ni_(3)S_(2)纳米线与三维多孔NF基体间拥有强结合力和低界面电阻,Fe_(2)O_(3)粒子均匀分布在纳米线的表面。在1 mol·L^(-1)的KOH溶液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、计时电位法、电化学交流阻抗测试(EIS)等对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试。结果表明:在100 mA·cm^(-2)的超高电流密度下,Fe_(2)O_(3)@Ni_(3)S_(2)/NF电极的OER过电势仅为223 mV,比Ni_(3)S_(2)/NF材料的过电势降低了285 mV;经过10 h计时电位测试,性能保持率高达80%。

静电纺丝法制备In_(2)O_(3)纳米纤维及其气敏性能

采用静电纺丝法制备In_(2)O_(3)纳米纤维,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及BET比表面积分析仪对不同煅烧条件下得到的In_(2)O_(3)纳米纤维进行了表征分析,并对其进行了乙醇气敏性能研究。结果表明,煅烧温度越高,In_(2)O_(3)结晶度越好,比表面积相应有所增加,对乙醇的灵敏度增加(最高煅烧温度700℃下对体积分数为5×10^(-4)乙醇的灵敏度为35),但恢复时间变长(最低煅烧温度400℃下对体积分数5×10-5乙醇的恢复时间为3 s);随着煅烧时间的增加,材料比表面积减小,对乙醇的灵敏度降低(最短煅烧时间1 h下对体积分数为5×10^(-4)乙醇的灵敏度为43),响应时间变化较小,但恢复时间缩短(最长煅烧时间5 h下对体积分数5×10-5乙醇的恢复时间为6 s)。

掩模板法制备单根In_(2)O_(3)纳米带器件

一维纳米材料的智能化、小型化以及元件的高集成特性使得其在纳米光电子学、真空微电子传感器件和光集成电路等方面的应用发展迅速;其独特的物理、化学性质在发光二极管、压电转换器件和光催化纳米器件等领域的应用潜力也受到了广泛关注。本文首先通过碳热还原的方法制备一维的氧化铟纳米带,再通过掩模板构建基于单根纳米带的纳米器件,并测试了其欧姆特性。

低温沉淀法制备针状Ni掺杂In_(2)O_(3)及其气敏性能研究

采用低温沉淀法分别制备了纯的In_(2)O_(3)和Ni掺杂的In_(2)O_(3)纳米粉体。通过XRD、SEM和TEM等手段进行微观结构表征,并对粉体的气敏性能进行测试。结果表明:Ni的掺杂对针状形貌的形成具有直接而重要的作用,纯的In_(2)O_(3)为颗粒状结构,Ni掺杂的In_(2)O_(3)(In︰Ni摩尔比为9︰1)由大量的长度为0.4μm左右、直径为5 nm左右的针状结构所组成。其中,In︰Ni摩尔比为9︰1时所得到的Ni掺杂的In_(2)O_(3)纳米粉体(样品S4)在260℃工作温度下对50×10^(-6) Cl_(2)的灵敏度值为696.9±73.1,且具有选择性好、响应-恢复时间短等特性。最后,对可能的形貌生成机理进行了研究。

悬空氧化铟纳米线晶体管制备与光电性能表征

一维(1D)半导体纳米线在纳米电子学和纳米光子学中表现出色。然而,纳米线晶体管的电特性对纳米线与衬底之间的相互作用非常敏感,而优化器件结构可以改善纳米线晶体管的电学和光电检测性能。本文报道了通过一步式光刻技术制造的悬浮式In_(2)O_(3)纳米线晶体管,显示出54.6 cm^(2)V^(−1)s^(−1)的高迁移率和241.5 mVdec^(−1)的低亚阈值摆幅。作为紫外光电探测器,光电晶体管显示出极低的暗电流(~10−13 A)和高响应度1.6×10^(5) A•W^(−1)。悬浮晶体管的沟道材料的这种简单而有效的制备方法可广泛用于制造高性能微纳米器件。

伊利石基铁/锰氧化物制备及As(V)吸附性能研究

为提高伊利石对As(V)的吸附性能,以FeCl_(3)·6H_(2)O为铁源、KMnO_(4)为锰源、NH_(3)·H_(2)O为沉淀剂,十二烷基苯磺酸钠为模板剂,采用水热法在伊利石表面分别制备了纳米球状结构Fe_(2)O_(3)、纳米线状结构MnO_(2);采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品进行表征分析。制备的Fe_(2)O_(3)/伊利石和MnO_(2)/伊利石两种样品的比表面积分别为54 m^(2)/g和62 m^(2)/g。在室温下,pH为7,MnO_(2)/伊利石样品用量为50 mg,反应70 min,MnO_(2)/伊利石对As(V)的吸附容量为78.2 mg/g,样品对As(V)的吸附复合Langmuir等温吸附模型,主要为化学吸附,吸附去除率达95%以上。

具有光学结构的高温超导纳米线吸收率研究

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种用于探测单光子的超导器件,探测效率是其主要性能指标之一,主要受纳米线对光的吸收效率影响。高温超导材料具有较高的工作温度,可以显著降低探测器系统的重量、体积以及制冷成本,因此制备单光子探测器具有很大发展前景。为研究高温超导单光子探测器的光吸收率,首先用椭偏仪测量了Tl_(2)Ba_(2)CaCu_(2)O_(8)(Tl-2212)的光折射率,利用Tl-2212和YBa_(2)Cu_(3)O_(6)设计了带有光学谐振腔的SNSPD,通过优化谐振腔SiO_(2)层和CeO_(2)层的厚度,对不同线宽、厚度、占空比的纳米线光吸收率进行仿真研究,结果表明光吸收率提升了约80%,明显提升了SNSPD的系统探测效率。