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。

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。

P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

采用电化学方法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米棒阵列,在ZnO纳米棒阵列上先后电化学沉积CdS纳米晶膜及聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT修饰的一维有序壳核式CdS/ZnO纳米阵列结构,并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线(EDX)等表征手段证实了该结构的形成.以此纳米结构薄膜为光阳极组装新型半导体敏化太阳电池,研究了CdS纳米晶膜的厚度和P3HT薄膜的沉积对电池光伏性能的影响,初步探讨了电荷在电池结构中的传输机理,结果表明,CdS纳米晶膜和P3HT薄膜的沉积有效地拓宽了光阳极的光吸收范围,实验中电池的光电转换效率最高达到1.08%.

一维有序ZnO纳米棒阵列的制备与表征

通过改进传统水热法的密闭、高压的条件,在非密闭、常压环境下在氧化铟锡玻璃衬底上自组装生长了取向高度一致并且分散性好的ZnO纳米棒阵列。首先将乙酸锌溶胶旋涂到氧化铟锡玻璃衬底上,经热处理得到致密的ZnO纳米晶薄膜,然后将其垂直放入前驱体溶液中通过化学溶液沉积生长得到ZnO纳米棒阵列。室温条件下,对样品进行了SEM和XRD的测试,表明生成的氧化锌纳米棒阵列沿c轴取向,实现了定向生长,且纳米棒结晶较好,为六方纤锌矿结构,直径约为40nm,长度达到微米量级。室温下的吸收光谱表明,由此方法得到的纳米棒纯度较高,有强的紫外吸收。室温下,观测到了该有序ZnO纳米棒阵列在387nm处强的窄带紫外发射,半高宽小于30nm,在468nm处还有一强度较弱的蓝光发射峰。

ZnO纳米棒有序阵列的制备及其AFM表征

采用种子层辅助水热生长法制备了ZnO纳米棒有序阵列.将ZnO溶胶旋涂到玻片上,通过煅烧得到晶种,然后将载有晶种的玻片放入含有硝酸锌和六亚甲基四胺的反应釜里,经过水热反应得到垂直于玻片生长的ZnO纳米棒有序阵列.利用原子力显微镜(AFM)观测样品表面形貌并定量分析ZnO纳米棒的长度、直径和生长密度.结果表明,当旋涂转速为4 000r/min,旋涂次数为3次时所得到的ZnO晶种分布均匀,排列紧密,平均粒径为24.3nm.当反应物浓度为0.025mol/L,反应时间为3h,反应温度为90℃时,制备的ZnO纳米棒呈有序阵列,其中纳米棒的长度为164.4nm,直径为104.1nm,生长密度为64.7根/μm2.

Ru掺杂ZnO纳米棒阵列薄膜氢气传感器性能研究

金属氧化物半导体氢气传感器具备可集成、高响应、长寿命等优势,在氢能的安全制备、存储、运输和使用过程中对氢气泄露预警起着重要的作用。本文采用一步水热法制备了取向生长的Ru掺杂ZnO纳米棒阵列薄膜,在非加热条件下获得了高响应度、选择性高的氢气气敏传感性能。通过XRD、SEM、XPS、Raman和EPR等测试方法表征样品的微结构、化学价态,探索传感性能提升机理。高取向的纳米棒阵列降低了电子输运过程的能垒,提供了电子快速输运通道,有利于实现非加热式气敏响应。Ru掺杂在降低纳米棒直径的同时提升纳米棒的密度,增加表面氧空位浓度及表面氧吸附,Ru同时还参与气敏响应氧化还原反应过程,进一步提升了氢气气敏响应性能。

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.

从无序到有序ZnO纳米棒的制备

采用3种不同的方法在氧化铟锡玻璃衬底上沉积一层ZnO纳米晶薄膜,然后采用改进的水热法在制备有ZnO纳米晶薄膜的衬底上生长ZnO纳米棒,实现了纳米棒从无序到有序的生长。从XRD和SEM图可得,有序的纳米棒沿(002)择优取向,基本与衬底垂直,平均直径约为40nm。

一维ZnO纳米棒阵列的水热合成

以锌片为衬底,用硝酸锌和氨水为原材料,在90℃时由水热法合成了有序生长的ZnO纳米棒阵列。纳米棒长度为500~800 nm,直径约为100 nm,SEM图片显示该纳米棒顶部截面是六边形。XRD谱表明,ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构。考察了制备温度、时间和物料比对合成的材料形貌和结构的影响。

电沉积法制备ZnO纳米棒阵列及其发光特性

本文以掺F的SnO2导电玻璃为基板,以硝酸锌水溶液为电解液,采用三电极恒电位体系电沉积制备ZnO纳米棒阵列,系统考察了硝酸锌浓度和沉积电位等工艺参数对ZnO纳米棒阵列的微观形貌及其发光性能的影响规律。结果表明,硝酸锌浓度和沉积电位对纳米棒阵列的形貌有显著影响,控制适宜的工艺条件可以制备出直径分布均匀、结晶性好且纯度高的六方纤锌矿ZnO纳米棒阵列。荧光光谱分析表明,电沉积制备出的ZnO纳米棒阵列在385 nm附近有一个强荧光发射峰,且发光性能稳定、对纳米棒阵列微观形貌的细微变化不敏感,使其在发光二极管和激光器等领域具有广阔的应用前景。

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。

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%。

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。

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.

表面活性剂对ZnO纳米棒阵列生长的影响

以ZnO纳米棒阵列为研究对象,通过在晶种层中添加表面活性剂来改善水热合成ZnO纳米棒阵列的形貌、结构及其发光性能。结果表明:当添加表面活性剂的含量为0.02g/mL时,所得ZnO纳米棒为六方纤锌矿,沿着垂直于衬底的c轴生长,垂直度较高,纳米棒的长径比和密度较未添加活性剂时分别提高2.1倍和2.4倍。

原位生长的α-Fe_(2)O_(3)/ZnO异质纳米棒阵列对乙醇气体的高选择性检测

采用两步溶液法在陶瓷管上原位生长了ZnO纳米棒阵列,然后以ZnO纳米棒为载体,通过水热法在其表面负载α-Fe_(2)O_(3)纳米粒子,生成异质α-Fe_(2)O_(3)/ZnO复合纳米材料。α-Fe_(2)O_(3)/ZnO纳米棒直径30~80 nm,长1μm左右,交叉排列形成纳米棒阵列,α-Fe_(2)O_(3)纳米粒子粒径约10 nm,均匀分布在ZnO纳米棒表面。将纯ZnO和α-Fe_(2)O_(3)/ZnO纳米棒阵列制成气敏元件,测试并对比了2种气敏元件的气敏性能,揭示其气敏机理。结果表明:α-Fe_(2)O_(3)纳米粒子的复合显著提高了ZnO纳米棒阵列对乙醇气体的灵敏度和选择性,在工作温度370℃时,对100μL/L乙醇气体的响应值为85.4,是同条件下ZnO器件对乙醇响应值(9.4)的9.1倍,响应时间7 s,最低检出限为0.01μL/L。相关研究可以应用于痕量乙醇的快速、高灵敏度和高选择性检测。

CdSZnO核壳纳米棒阵列结构的制备及在太阳能电池中的应用

采用水热法制备垂直于FTO导电玻璃基底的ZnO纳米棒阵列,然后通过电化学沉积法在ZnO纳米棒阵列上沉积CdS纳米晶,形成CdS/ZnO核壳纳米棒阵列结构。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等对所得样品的形貌、结构组成进行分析表征;并以其为光电极组装太阳能电池,研究CdS纳米晶厚度对该电池光电性能的影响。结果表明,所得样品不仅拓宽和加强电池的光吸收能力,也有效调控光生载流子的传输。当CdS纳米晶沉积时间为60s时,电池的光电转换效率最高可达1.10%。