纳米结构非晶/晶态双相WO_(3)薄膜研究进展

介绍了WO_(3)薄膜纳米结构与电致变色性能之间的关联。阐述了非晶态与晶态WO_(3)结构之间的协同效应,非晶态WO_(3)提供更多离子扩散通道,晶态WO_(3)作为稳定框架结构有效缓解离子在注入/抽出过程中所引起的体积膨胀或收缩。总结了纳米结构WO_(3)薄膜和非晶/晶态双相纳米结构WO_(3)薄膜的制备方法及性能,并对电致变色WO_(3)薄膜的未来发展趋势进行了展望。

水吸附对WO_(3)纳米线/金电极界面势垒的影响

构筑基于单根WO_(3)纳米线的“金属/半导体/金属”三明治结构的场效应晶体管器件,并在不同环境下对器件进行电输运性能测试。结果表明:水吸附在纳米线表面增加了纳米线/金的界面势垒宽度,同时水吸附是WO_(3)纳米线器件出现忆阻性能的重要原因。在空气中纳米线表面吸附的水分子被价带底的空穴不断氧化成O_(2)并产生H^(+),而H^(+)不断地在源漏两极积累,形成双电层,增加纳米线和金电极的界面势垒宽度。水吸附调制界面势垒的研究对揭示WO_(3)忆阻机理及电致变色机制有一定的参考意义。

拓扑晶态绝缘体碲化锡纳米线研究

拓扑绝缘体（Topological Insulator）是一种新奇的物质状态，它的体相是绝缘态而表面却是零带隙的金属态。尤其它的表面是受拓扑保护的导电态，不受非磁性杂质和晶体缺陷的干扰，因而在无损耗的量子计算和新奇的自旋电子器件等领域具有重要的应用价值。时间反演对称性保护的三维拓扑绝缘体如Bi2Te3，Sb2Te3和Bi2Se3的发现和研究激励着研究者们寻求新的对称性保护的拓扑绝缘体。

桥连氧化钨纳米线的可控合成及气敏性质

氧化钨WO_(3−x)(0≤x<1)具有丰富的氧化态、亚化学计量比晶相以及可逆的光致/电致变色特性,纳米线具有高比表面积和准一维单晶载流子传输通道,WO_(3−x)纳米线结合了上述两者的优异特性,在智能玻璃、能源转换与存储器件和气体传感器等领域有广阔的应用前景。本文从WO_(3−x)的基本性质出发,分析了液相法和气相法(气-液-固、气-固、热氧化)纳米线生长的机制及特点。其中,热氧化法无需催化剂,有望解决纳米线应用的器件化瓶颈,在<500℃下即可实现纳米线尺寸与生长位置的可控生长,实现桥连纳米线器件的高效、原位集成。随后,本文综述了桥连WO_(3−x)纳米线器件在NOx等气体分子检测中的应用进展,梳理了桥连WO_(3−x)纳米线器件在低功耗、高灵敏气体分子检测中的应用,以期为今后高灵敏、低功耗、高集成的氧化物桥连纳米线器件的开发提供参考。

三氧化钨纳米线的制备及表征

采用以二水合钨酸钠、硫酸钾和草酸的混合溶液为前驱液的水热法制备三氧化钨(WO_3)纳米线,研究了添加HCl含量、水热温度和保温时间对WO_3纳米线微观结构的影响。分别利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能谱分析仪对WO_3纳米线的晶体结构、微观形貌和元素成分进行表征分析,结果表明,WO_3纳米线具有六方相晶体结构,且沿[200]择优生长;随着HCl含量的增加,WO_3纳米线平均直径、长度均增大;随着水热温度的增加,WO_3纳米线平均直径和比表面积逐渐增加,平均直径高达41.72nm;随着保温时间的增加,WO_3纳米线团聚现象愈加明显。

Ti掺杂核壳结构晶态@非晶WO_(3)纳米线复合薄膜的制备与电致变色性能

WO_(3)的结晶程度对其电致变色特性有很大影响,本研究首先使用溶剂热法制备晶态WO_(3)垂直纳米线阵列,随后采用磁控溅射技术在其表面包裹一层Ti掺杂氧化钨(WO_(3)-Ti)非晶态薄膜,从而得到晶态WO_(3)@非晶态WO_(3)-Ti核壳复合阵列结构。通过SEM与TEM可以观察到非晶态薄膜的厚度约为3~7 nm,并且非晶层的沉积并不破坏纳米线阵列结构。相比于纯WO_(3)纳米线,核壳纳米线的吸收峰发生了轻微红移,且XPS检测到复合前后W4f与Ti2p特征峰产生了明显的峰位移动,显示出核壳之间存在着界面交互作用。优化后WO_(3)@WO_(3)-Ti核壳纳米线的响应速度和着色效率分别是纯WO_(3)纳米线的2倍与1.8倍,在可见光和近红外区域都显示出良好的光学对比度,并且具有优异的循环稳定性,经过3000圈循环后对比度保持率可达95.8%。