Ni-Ti-O纳米管阵列的制备与氢敏性能

掺杂是改善氧化钛纳米结构半导体特性的有效方法。在醇基电解液中,采用阳极氧化方法在TiNi合金表面成功制备出Ni-Ti-O纳米管阵列。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等分析方法对纳米管阵列的表面形貌、微结构和热稳定性进行了表征,研究了退火后纳米管阵列的氢敏性能和抗干扰性。实验结果表明:在醇基电解质液中,采用阳极氧化方法在TiNi合金表面可制备出大面积均匀生长的Ni-Ti-O纳米管阵列,其管长约为220 nm,管径约为25 nm。经525℃热处理后其表面仍可保持规则的纳米阵列形貌。热处理后的Ni-Ti-O纳米管阵列在100℃对体积分数为0.1%的氢气具有良好的氢敏响应特性,对相同浓度的N2和NO则无明显响应。

基于碳纳米管阵列的高响应光电探测器件

纳米管(Carbon nanotube,CNT)具有纳米级特征尺寸、独特的一维能带结构、极大的比表面积和多种排布形态,吸收波长覆盖太赫兹至紫外波段,吸收率高;半导体型单壁碳纳米管拥有直接带隙,禁带宽度随手性不同在0.1 eV至1 eV以上均有分布,可实现室温弹道输运,是构建片上高响应、超宽带、超快可调光电探测器件的新型潜力材料。南京电子器件研究所采用高纯度半导体型碳纳米管阵列材料设计制备了多种红外—光电探测器件,其中叉指型光电探测器件通过缩短电极间距降低渡越时间提高响应速度、构造功函数不同的非对称电极促进光生空穴—电子对分离提高响应度、增加栅控有效调控多数载流子降低暗电流,实现了300 A/W以上的优异响应度,响应时间<30μs。进一步联合东南大学,首次在碳纳米管光电探测器件中引入硅光波导与金属狭缝结构,激发等离激元局域光场增强与耦合,在1550 nm通信波段获得高响应特性,3dB带宽达15GHz。未来通过构建异质结及叠层结构,有望进一步降低暗电流,并开发取向阵列的偏振敏感特性,助力碳基电子学及光电子学的应用发展。

尖晶石结构过渡金属氧化物纳米阵列的研究进展

尖晶石结构过渡金属氧化物的纳米阵列相对其纳米线和纳米颗粒具有独特的优势,在能源存储、催化、磁性和光电等诸多领域具有重要的应用。概述了水/溶剂热法制备尖晶石结构过渡金属氧化物纳米阵列的过程中影响其结构形貌的多种因素(基底、反应温度、反应时间和原料等),探讨了纳米阵列的结构形貌与性能之间的关联性,简介了尖晶石结构过渡金属氧化物分级结构纳米阵列的相关研究,希望能为设计开发多功能或功能集成化的纳米阵列并拓宽其应用范围起到推动作用。

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。

硅纳米结构阵列:光热CO_(2)催化的新兴平台

人口的快速增长和高能源需求产业造成了严重的环境问题。太阳能等替代性的清洁能源对于缓解能源危机和温室效应至关重要。光催化是一种很有前途的方法,但它在转化率、效率和规模化方面存在局限性。光热催化则结合了光化学和光热效应,是在温和条件下有效催化化学反应的新概念。近年来,与传统的光热催化剂相比,硅纳米结构阵列在光热CO_(2)还原反应中表现出独特的催化性能优势。作为一种平台,它表现出优异的光收集能力、高比表面积以及多样化的材料复合选择。本文综述了光热催化CO_(2)转化的概念和原理,硅纳米结构阵列的功能,以及利用硅纳米结构阵列在光热催化CO_(2)转化方面的最新进展,最终将为高性能纳米结构阵列光热CO_(2)催化剂的发展方向提供指导。

基于微柱阵列的ZnO纳米线的微流控合成

开发了一种新型的微流控合成方法,通过微通道内周期性排列的微柱阵列调节微通道内的局域流场,实现了连续流微环境下氧化锌(ZnO)纳米线的可控合成。分析了微柱阵列中行间距和列间距变化对通道内剪切流场的影响,研究了局域流场的变化对纳米线形貌和尺寸的影响。随着行间距的不断减小或列间距的不断增大,柱间区C1的局域流场不断增大,纳米线的直径与长度也随之增大。以异硫氰酸荧光素标记的羊抗牛免疫球蛋白G(FITC-antiIgG)为模型分子,对ZnO纳米线在生物荧光检测中的应用进行了探究。结果表明,行间距为200μm、列间距为200μm微柱阵列的芯片中制备的纳米线具有最大的表面积,表现出最佳的荧光增强性能。

Al纳米孔阵列/(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜中的紫外波段超常透射

采用有限差分时域算法计算(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜衬底上的周期性三角晶格Al纳米孔阵列的透过率,研究不同(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)衬底的Al组分x以及Al纳米孔阵列的厚度、孔径和周期对其光学传输特性的影响.数值计算结果表明,当x=0时,在263 nm和358 nm波长范围处出现两个强透射峰,随着x的增大,其中位于263 nm处的透射峰发生轻微蓝移,强度则先增强后下降;358 nm处的透射峰发生明显蓝移且不断加强.若纳米孔阵列的周期不变,随着空气柱孔径增大时,紫外波段两强透射峰峰值位置分别位于244 nm和347 nm处,两峰均先发生红移再蓝移,透过率不断增大,反射率减小.随着周期扩大,紫外波段两强透射峰分别位于249 nm和336 nm处,两透射峰均发生明显红移,其中249 nm处的透射峰红移至304 nm,336 nm处的透射峰红移至417 nm,并且透过率不断降低.随着Al厚度的增大,位于380 nm处的透射峰峰值位置发生蓝移,且透过率不断下降.本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00036中访问获取.

高度有序ZIF-8/Au纳米复合结构阵列的构筑及其表面增强拉曼光谱的应用

采用气-液界面自组装方式制备得到有序单层聚苯乙烯(PS)微球阵列,以此为模板,采用磁控溅射沉积方法结合热处理技术获得单层六方非密排Au纳米颗粒阵列。随后采用水热法成功制得高度有序ZIF-8/Au纳米复合结构有序阵列。探究了生长机理以及反应温度、反应时间对微观形貌和光学特性的影响,进一步探究了该复合结构阵列作为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底的灵敏度和均一性。结果表明:当水热反应温度从25℃升高至100℃时,ZIF-8纳米颗粒的数量逐步增多,同时尺寸随之增大,表面等离激元共振(SPR)峰和衍射峰均发生了红移。当水热反应时间从10 min增至60 min时,ZIF-8纳米颗粒从围绕Au纳米颗粒选择性生长到蔓延至整个材料表面。在样品表面沉积特定厚度的Ag膜后,测得4-氨基苯硫酚(4-ATP)和罗丹明6G(R6G)两种探针分子的检测极限均为10-11mol·L^(-1),4-ATP和R6G的SERS强度与分子溶液浓度呈线性关系,相关系数R2分别为0.9801和0.9844。随机选取10个不同位置测试4-ATP的SERS谱图,得到相对标准偏差(RSD)为8.86%,表明ZIF-8/Au纳米复合结构有序阵列作为SERS基底具有良好的均匀性和稳定性。

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。

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。

石墨/4H碳化硅纳米多孔阵列光阳极的制备及其光电催化性能研究

为提高4H碳化硅(4HSilicon carbide,4H-SiC)纳米材料的光电催化性能,采用两步阳极氧化法制备了4H-SiC纳米多孔阵列(Nanoporous array,NA),并通过高温退火制备石墨/4H-SiC NA光阳极;通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、高分辨多功能光谱仪和电化学工作站对石墨/4H-SiC NA光阳极的形貌、结构和性能进行了表征。结果表明:阳极氧化法能够刻蚀出纳米多孔,有效提高了4H-SiC的比表面积,同时增强了电解液与材料的接触面积;经过退火处理后,4H-SiC NA光阳极表面含有分散的石墨;在光照和暗场条件下石墨的存在增强了光生载流子的分离效果,经过优化的4H-SiC NA光阳极在光功率100mW/cm^(2)的模拟太阳光照条件下,相对于可逆氢电极(Reversible hydrogen electrode,RHE),其光电流密度在1.23V达到4.72mA/cm^(2),相比4HSiC NA光阳极提升了4.14mA/cm^(2)。该研究为提升基于4H-SiC材料的光电催化制氢性能提供了一种新思路。

三维柱阵列型纳米多孔硫化亚锡负极的电化学合成与储锂性能研究

本研究在铜箔基底上通过无模板恒流电沉积技术成功制备出三维柱阵列型纳米多孔铜镍集流体。采用恒压电沉积方式在该集流体表层沉积SnS纳米颗粒,形成了具有三维柱状结构的纳米多孔硫化亚锡电极。利用恒流充放电测试与XRD、SEM、EDS技术,综合评估了该负极的电化学特性、微观结构、化学元素分布及其物相成分。结果表明,所制备的纳米柱表面存在孔隙,阵列间隙均匀。在0.1 mA/cm^(2)电流密度下,该电极首次放/充电过程中分别提供了0.77/0.48 mAh/cm^(2)的面积比容量,首次库仑效率为62%。经过50周循环后,电极可逆比容量仍达0.30 mAh/cm^(2),容量保持率为62.5%。

制备周期有序ZnO纳米棒阵列的影响因素研究

为研究ZnO纳米棒阵列的影响因素,通过聚苯乙烯(polystyrene,PS)纳米球刻蚀法及随后水热生长,在GaN衬底上制备周期有序的ZnO纳米棒阵列。通过选取不同尺寸的PS纳米球、反应离子刻蚀(RIE)的时长、生长温度和前驱体溶液浓度等条件,制备出具有不同周期性、不同形貌的ZnO纳米棒阵列,并通过XRD进行表征。研究结果表明:制备的ZnO纳米棒具有良好的结晶质量且沿着[0001]晶向优先生长。该研究调控了周期有序ZnO纳米棒阵列生长的影响因素,为制备半导体材料有序纳米阵列提供了一种低成本的方法。

基于深度学习的纳米粒子阵列电场预测

纳米粒子阵列超表面的电场计算需要耗费大量的时间和算力。为了实现纳米粒子阵列电场的快速计算,该文借助深度学习方法,提出了一种由低精度求解电场到高精度求解电场的映射深度神经网络。该神经网络可根据低精度的求解电场,预测出高精度求解电场。模型的均方误差为5.6×10^(-3),平均范数相对误差为1.5%。数值结果证明该模型实现了对纳米粒子阵列表面电场的快速准确预测,相比已有的研究成果,该文模型误差低了1个数量级。该文工作有助于解决纳米粒子阵列的表面增强拉曼散射快速设计问题。

负载FeOOH的Ni-Bi纳米阵列的制备及其析氧性能研究

【目的】开发在近中性条件下高效的非贵金属基析氧反应催化剂用于电解水对于储存、利用太阳能具有重要意义。【方法】将水热法得到的Ni(OH)2/NF经过电氧化和电沉积两步处理,成功构建了FeOOH@Ni-Bi/NF电催化剂。【结果】泡沫镍(NF)基底和催化剂的三维纳米片阵列结构提供的大量活性位点,促进了析氧反应的传质过程。此外,通过调控Ni-Bi的电氧化程度和FeOOH的沉积量,催化剂的电化学活性得到了极大的提高。在近中性介质(0.1mmol/L K_(2)B_(4)O_(7))中测试催化性能,经过优化的FeOOH@Ni-Bi/NF在电流密度为20mA/cm^(2)时,过电位为394mV,Tafel斜率为54.2mV/dec,表现出优异的析氧反应催化活性且具有长期的稳定性。

银纳米三角传感阵列在生化物质检测方面的应用分析

在纳米技术发展推动下,银纳米材料凭借其催化性能、导电性能、光学特性,被广泛应用在传感领域中。银纳米三角传感阵列在多组分同时检测、高灵敏度等性能支撑下,成为生化物质检测领域的研究热点。本文基于此,总结银纳米三角的合成方法、特性以及传感阵列的研究进展,并重点介绍比色传感阵列、表面增强拉曼散射等技术在生化物质检测中的实际应用,为相关领域的研究和实践提供有益的参考。

基于微纳米压印的微透镜阵列光学膜制造研究

目的实现裸眼3D显示效果的承印基材是微透镜阵列光学膜,本文旨在研究制造微透镜阵列光学膜的方法及在制造过程中的影响因素。方法采用卷对卷的UV-LED光固化微纳米压印工艺,通过定制化的微纳米压印模具,规模化制造正六角形孔径、蜂窝排布的微透镜阵列光学膜。结果文中所用的PET膜表面粗糙度均方差约为0.083μm,可见光波段的透光率为90%~93%,具有良好的表面平整度和较高的透光率,有利于微透镜阵列的成型制造和光学膜优良光学性能的呈现;UV-LED紫外压印光刻胶具有较低的黏度(250 Pa·s,25℃)、良好的界面性能(接触角为93°)和较小的固化体积收缩率(3.5%),有利于光刻胶对模具凹槽的填充及微透镜阵列的成型和脱模。对于微纳米压印制造过程,要选择合适的压印力,既要确保光刻胶能够充分地填充模具凹槽,又要避免微透镜阵列的结构受挤压变形而导致损坏模具。当压印速度控制在5~7 m/min时,微透镜阵列的复型精度较高且成型质量较为稳定,不会出现气泡缺陷和拉断缺陷。结论卷对卷的UV-LED光固化微纳米压印工艺是一种制造微透镜阵列光学膜行之有效的方法。

硅表面沉积均匀的银纳米粒子阵列制备及其在非食用色素SERS特征图谱中的应用研究

提出一种乙醇辅助的化学镀银技术,在单晶硅片表面制备出分布均匀、平均粒径为39 nm的银纳米粒子阵列。与传统的化学镀银技术相比,在化学镀银溶液中引入高浓度的乙醇,使形成银纳米粒子的粒径相对标准偏差从60%减小至28%。均匀的银纳米粒子阵列呈现出表面等离激元效应和表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)活性。以罗丹明6G为探测分子,银纳米粒子阵列SERS基底表现出较好的重现性,最强特征峰强度的相对标准偏差为13.1%。进一步,基于该基底材料建立了苏丹红Ⅰ、碱性橙Ⅱ、酸性橙Ⅱ、玫瑰红B、碱性嫩黄O、孔雀石绿、结晶紫等7种非食用色素的SERS特征图谱,并测试了不同食品基质对其SERS图谱的影响,为食品中非食用色素的快速识别提供了新途径。

利用聚苯乙烯纳米球刻蚀方法结合水热生长制备周期有序δ-MnO_(2)纳米阵列

利用聚苯乙烯(polystyrene,PS)纳米球刻蚀结合水热生长,制备了周期有序的δ-MnO_(2)纳米阵列。首先通过PS纳米球自组装,形成密堆积单层膜,并转移到硅(Si)衬底上。随后反应离子刻蚀(reactive ion etching,RIE)被用来减小PS纳米球的尺寸。然后磁控溅射铜(Cu)材料作为隔离层。将Si衬底上的PS纳米球去除后,磁控溅射MnO_(2)材料。最后通过化学腐蚀方法去除Cu膜,使覆盖在Cu表面的MnO_(2)一起去除,从而得到用于后续水热生长的周期有序排布的MnO_(2)种子位点。制备不同周期的纳米阵列,可通过选择不同直径的PS纳米球获得。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)确认了周期为500和800 nm纳米阵列的形成。利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)方法确认了阵列中MnO_(2)材料为δ相。本研究为制备半导体材料的有序结构提供了一种新的方法。

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。