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。

等离子体增强型ZnO基纳米线异质结阵列光电探测器

低维ZnO基光电探测器具有高响应性和高光子吸收能力。然而,ZnO较窄的吸收范围以及较低的光生载流子寿命限制了低维ZnO材料在光电子学中的潜在应用。该研究展示了一种零维(0D)金属纳米等离子体增强氧化锌纳米线(ZnO)-硒化锌(ZnSe)异质结阵列的新型光电探测器。与基于单纯ZnO纳米线阵列的探测器件比较表明,该探测器具有优异的光电响应性能。在可见光作用下,该器件的响应度和平均上升(下降)时间分别为1.7 mA/W和1.812 ms(1.803 ms),在10 h连续测试中表现出优异的稳定性,为开发高性能光电探测器提供了一种低成本、可规模化的方法,有望在可穿戴设备、光通信系统、环境传感器等多方面得到应用。

基于AlGaN/GaN HEMT结构的ZnO纳米线感光栅极光电探测器

在传统的采用ZnO薄膜的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)光电探测器件中,存在光吸收、光电转换效率低,光电流小等诸多局限.为改善上述问题,基于AlGaN/GaN HEMT结构,提出并成功制备了一种ZnO纳米线感光栅极光电探测器.实验中首先通过水热法将ZnO纳米线成功制备到Si衬底材料及AlGaN/GaN HEMT衬底材料上,并利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、光致发光(photo luminescence,PL)光谱仪等仪器进行了一系列测试.结果表明,生长在AlGaN/GaN HEMT衬底材料上的ZnO纳米线具有更低的缺陷密度、更好的结晶度和更优异的光电特性.然后,将ZnO纳米线成功集成到AlGaN/GaN HEMT器件的栅极上,制备出具有ZnO纳米线感光栅极的AlGaN/GaN HEMT紫外光电探测器.将实验中制备出的具有ZnO纳米线感光栅极的AlGaN/GaN HEMT器件与常规的AlGaN/GaN HEMT器件进行对比,发现具有ZnO纳米线的器件在紫外波段能达到1.15×104A/W的峰值响应度,相比常规结构的AlGaN/GaN HEMT,峰值响应度提升约2.85倍,并且制备的ZnO纳米线器件的响应时间和恢复时间缩短为τr=10 ms和τf=250 ms,提高了探测器的性能.

ZnO/CuO核壳结构纳米线光致发光性能与CuO壳层厚度的关系(英文)

通过分别生长核层与壳层制备出了ZnO/CuO核壳结构的纳米线。形貌和结构分析表明,ZnO核为单晶纳米线而CuO则以多晶形式覆盖在核层表面上。光致发光(PL)研究表明,ZnO纳米线PL强度随CuO壳层厚度的变化而变化。当壳层比较薄时ZnO的PL强度增大,这主要是由于CuO壳层对ZnO核层的修饰减少了表面态,而当壳层厚度增加到一定程度时,ZnO的PL强度不再变化,这主要是由于在核壳结构中形成了type-I型结构的原因。我们对这一现象做了详细的讨论。

低能Ar离子束处理对CuO纳米线的微观结构、化学成分及润湿性能的影响

离子束技术作为一种精确可控的表面改性技术,已开始成为调控纳米材料结构和性能的重要技术之一。利用热氧化法在铜网表面直接合成高密度、高质量和高长径比的CuO纳米线(CuO NWs)阵列,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角测试仪,研究低能(860 eV)Ar离子束表面处理不同时间(0、5、10、15、20 min)对CuO NWs微观结构、化学成分及润湿性能的影响。结果表明:CuO NWs表面经低能Ar离子束处理后,CuO NWs顶端弯曲,表面变粗糙。随处理时间的增加,相邻CuO NWs之间出现熔合现象,CuO NWs顶端逐渐由双晶结构转变为非晶结构,CuO NWs表面部分CuO逐渐被还原成Cu_(2)O,CuO NWs表面的静态水接触角(SWCA)值从(86±2)°先大幅度增大到(152±3)°后轻微减小到(141±2)°,当处理时间为10 min时,获得最大的SWCA值为(152±3)°,表明CuO NWs表面具备超疏水性。因此,利用低能Ar离子束表面改性技术可以基本实现对CuO NWs形貌、结构和性能等的精确调控。研究结果可为离子束技术精确调控其他一维纳米材料性能提供理论基础和试验依据。

异质结型CuO/ZnO复合纳米线的制备及光催化性能

在室温下,通过溶液法在Cu衬底上制备了CuO纳米线,然后采用溶剂热法在CuO纳米线表面生长ZnO纳米颗粒以构建CuO/ZnO复合纳米线异质结构。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析了样品的形貌、结构和元素组成。结果显示CuO/ZnO复合纳米线由ZnO纳米颗粒和CuO纳米线组成。在模拟太阳光照射下,以亚甲基蓝溶液为模拟污染物研究了样品的光催化性能。结果表明,相比纯CuO纳米线,CuO/ZnO复合纳米线能够使亚甲基蓝溶液的光降解效率达到40%,在相同条件下具有更优异的光催化活性。光催化机理研究表明CuO/ZnO纳米复合材料光催化活性的增强主要是由于CuO与ZnO结合形成的p-n异质结有效促进了光生载流子的分离。

CVD法制备高质量ZnO纳米线及生长机理

以金做催化剂,采用化学气相沉积(CVD)方法在Si(100)衬底上生长了整齐紧密排列的ZnO纳米线。XRD图谱上只有ZnO的(002)衍射峰,说明ZnO纳米线沿[001]择优生长;扫描电子显微镜分析表明:ZnO纳米线整齐排列在Si(100)衬底上,直径在100nm左右,平均长度为4μm。研究发现ZnO纳米线的生长机理与传统的V-L-S机理有所不同:生长过程中,在Si(100)衬底上先生长了大约500nm厚的ZnO薄膜,而ZnO纳米线生长在薄膜之上。

CuO纳米线中的取向畴

通过简单的热氧化法,可以得到不同取向畴的CuO纳米线结构。利用群论的知识,从理论上推导出CuO纳米线中存在11种畴壁结构,其中5种已经被实验证实。同时,在800℃下得到直径较大的CuO纳米线,利用透射电子显微学相关技术分析发现,这种纳米线中存在一种新的畴壁结构,而且也属于理论上得到的11种畴壁之一。本文利用群论分析,解释了CuO纳米线中取向畴结构的生成机制,对调控CuO纳米材料的生长具有指导作用。

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。

基于ZnO纳米线的圆柱形微纳米跨尺度结构的制备与表征

基于水浴法在光纤纤芯上合成了ZnO纳米线,得到了圆柱形微纳米跨尺度结构.将纳米级的随机粗糙表面叠加到微米级的圆柱形基底上,实现了对圆柱形跨尺度结构表面形貌的仿真分析.采用扫描电子显微镜(SEM)并结合Matlab图像处理算子对跨尺度结构的表面形貌和ZnO纳米线的几何特征参数进行了表征.与ZnO纳米线薄膜实际轮廓提取出的特征参数相同,对均方根粗糙度为39.2 nm、偏斜度为0.1324及峭度为2.7146的圆柱形粗糙表面进行了仿真,验证了仿真表面与实际轮廓的一致性.建立了合成工艺参数对ZnO纳米线的长度、直径及长径比等几何特征参数的影响关系,确定最佳工艺条件为:种子层溶液Zn2+浓度为1.0 mmol/L,生长液Zn2+浓度为0.03 mol/L,生长时间为1.5 h,水浴恒温90℃.

取向ZnO纳米线阵列的生长机理及发光特性

用化学气相沉积法制备了取向纳米氧化锌(ZnO)阵列;用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了制备的纳米ZnO的形貌结构;用荧光光谱仪(PL)分析了样品的发光特性;以气-液-固(VLS)生长模型和Ehrlich-Schwoebel势垒理论解释讨论了ZnO纳米线的生长结构与机理.

CuO-ZnO纳米复合防腐剂对杨木抑菌性能的影响

以普通CuO、ZnO粉体为原料,在分散剂柠檬酸铵作用下,用纳米研磨机,通过湿法研磨技术制备CuO-ZnO纳米复合防腐剂,用激光粒度仪检测不同浓度纳米粒子粒径及其分布,参照LY/T 1283—2011研究CuO-ZnO纳米复合防腐剂的抑菌性能,借助扫描电子显微镜观察木材腐朽12周后菌丝生长情况,分析复合防腐剂中药物浓度与木材抑菌性的关系以及防腐剂在木材中的留存率。结果表明:测定纳米复合防腐剂的最小平均粒径为41.7 nm;CuO-ZnO纳米复合防腐剂对白腐菌和褐腐菌均有一定的抑菌性,其处理后木材的防腐性和抗流失性能均较好;药剂浓度达到1.25%时即可达到强耐腐Ⅰ级标准,此时平均载药量为4.81 kg/m3,质量损失率8.2%,符合性能优良的木材防腐剂指标要求。

ZnO纳米线的水热法生长

本文采用两步湿化学法在玻璃衬底上制备了ZnO纳米线。首先,利用Sol-gel方法在载玻片上制备含有ZnO纳米颗粒的薄膜作为“种子”衬底。然后,利用水热法在“种子”衬底上生长了高度取向的ZnO纳米线。并对“种子”衬底和随后生长的ZnO纳米线进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子形貌图(SEM)和原子力显微镜(AFM)等分析。结果表明“种子”衬底为大范围内纳米颗粒均匀一致的ZnO薄膜。通过水热法制备的ZnO纳米线的直径在50～80nm,平均直径为60nm,长度大约为2μm。该ZnO纳米线除了具有很强的紫外发光(399nm)外,还在蓝光(469nm)和绿光(569nm)波段有较弱的光致发光现象。

ZnO纳米线的气相沉积制备及场发射特性

运用气相沉积方法分别在硅片表面和钨针尖上制备了非取向生长的ZnO纳米线,并通过场发射显微镜研究了纳米线样品的平面场发射特性和针尖场发射特性.结果显示,非取向生长的ZnO纳米线薄膜场发射的开启电压和阈值电压所对应的场强分别为4.7和7.6V/μm,场增强因子达103量级,具有较阵列生长的ZnO纳米线更为优异的场发射能力.非取向生长ZnO纳米线薄膜场发射能力的增强归因于其所具有的稀疏结构避免了强场作用下屏蔽效应的产生,有效地提高了薄膜场发射的电流密度.将ZnO纳米线组装在钨针尖上能够明显地改善针尖的场发射性能,在超高分辨显微探针领域具有良好应用前景.

ZnO纳米线的电化学制备研究

0引言氧化锌(ZnO)是一种重要的宽禁带、直接带隙(3.37 eV)半导体材料.它具有极好的抗氧化和抗腐蚀能力、高的熔点、良好的机电耦合性及环保性.因此作为一种重要的工业原料,已被广泛应用于工业用品、化妆品及药物的生产和加工.

基于ZnO纳米线的螺旋线形跨尺度葡萄糖传感器

制备了一种基于螺旋线形跨尺度结构的酶传感器,并对该传感器进行了表征和性能测试.将30μm键合Au丝以螺旋线方式手工缠绕在125μm光纤纤芯上,在该Au螺旋线上用水浴法合成ZnO纳米线,得到螺旋线形跨尺度结构;在ZnO纳米线上物理吸附葡萄糖氧化酶(GOD),制备了葡萄糖传感器工作电极.利用扫描电子显微镜(SEM)图像和MatLab图像处理算子分别对螺旋线形跨尺度结构表面形貌及其上活力为50 units/mg的GOD吸附效果进行了定性和定量表征,分析了非高斯粗糙表面与GOD吸附效果的影响关系.基于三电极体系采用循环伏安法和计时安培法测试了制备的12个工作电极的性能,测得该类传感器的灵敏度为(1.410±0.665)μA·L/(mmol·cm2),线性范围为0^(4.292±0.652)mmol/L,Michaelis-Menten常数为(3.571±1.280)mmol/L,检出限为(14.085±8.393)μmol/L.使用活力更高的GOD可以得到性能更好的螺旋线形跨尺度葡萄糖传感器.该类传感器可广泛应用于医药、生物、食品加工及环境监测领域中尿酸、尿素、胆固醇、过氧化氢和苯酚等的检测.

退火处理对ZnO纳米线紫外探测器性能的改善

通过介电泳方法定向排列了ZnO纳米线,制作了自组装有序的纳米线紫外探测器。为了适合在金叉指电极上排列,用水热方法设计生长了超长的ZnO纳米线,并通过700℃的热退火处理,使得可利用的表面缺陷增多。通过研究器件的光致发光光谱和光响应,发现光、暗电流比和响应恢复时间有显著提高,并分析了其中可能的机理。

Ag掺杂ZnO纳米线酒敏性能的研究

利用漫渍法将ZnO纳米线浸渍于AgNO3溶液中制备了Ag掺杂的ZnO纳米线。借助X射线衍射仪（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）对纳米线的晶体结构和形貌进行了表征。结果表明纳米线既含面心立方结构的Ag又含有六方纤锌矿结构的ZnO。三维网络结构的ZnO纳米线被一层致密的Ag颗粒包裹并在其表面形成了大量的具有高比表面剂的孔洞结构。将纯的和Ag掺杂的ZnO纳米线都作为酒敏传感材料，在酒精浓度为0．001％，工作温度为150～400℃的范围内测试了它们的气敏特性，结果显示，Ag掺杂的ZnO纳米线的酒精灵敏度比纯ZnO纳米线提高了14。在工作温度为350℃的条件下测试了它们的响应-恢复时间。气敏元件的酒敏特性主要归结于表面吸附效应。

单晶ZnO纳米线的合成和生长机理研究

用化学气相输运(CVT)方法合成了直径在20～120nm呈单晶结构的ZnO纳米线.利用场发射扫描电 镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及选区电子衍射(SAED)等技术对ZnO纳米线的生长机理和结构进行 了系统研究,结果表明,纳米线的成核与Au Zn合金催化颗粒的饱和度有直接的关系,先饱和的颗粒上纳米线首 先成核.纳米线顶端合金颗粒组成的变化是导致纳米线生长终止的重要原因,大量纳米线的生长不是同时进行 的.本工作提供了支持纳米线气液固(V L S)生长机理的新实验证据,提出了氧化物纳米线的生长机理.

ZnO薄膜的性质对水热生长ZnO纳米线阵列的影响

用水热法在ZnO薄膜上制备了直径、密度及取向可控的ZnO纳米线阵列。ZnO薄膜是通过原子层沉积(ALD)方法制备并在不同温度下退火处理得到的,退火温度对ZnO薄膜的晶粒尺寸、结晶质量和缺陷性质有很大的影响。而ZnO薄膜的性质对随后生长的ZnO纳米线的直径、密度及取向能起到调节控制的作用。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和光致发光(PL)测试对ZnO薄膜和ZnO纳米线进行了表征。最后得到的垂直取向的ZnO纳米线阵列适合在发光二极管和太阳能电池等领域使用。