【摘要】：氧化鋅(ZnO)納米材料由于其獨(dú)特的壓電和半導(dǎo)體耦合特性,在光電探測(cè)器、應(yīng)力傳感器、納米發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。為了進(jìn)一步優(yōu)化器件性能,探討器件在復(fù)雜多場環(huán)境中的應(yīng)用,對(duì)ZnO納米材料的力光電耦合性能及相互作用機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)研究,具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文采用氣相沉積法制備了一維ZnO納米材料。利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、透射電子顯微鏡和光致發(fā)光譜儀等多種技術(shù)手段對(duì)ZnO納米材料的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。利用原子力掃描探針顯微鏡對(duì)ZnO納米線的電學(xué)特性進(jìn)行了研究。構(gòu)筑了肖特基結(jié)的柔性紫外探測(cè)器,通過應(yīng)變調(diào)控紫外探測(cè)器的性能。構(gòu)筑了應(yīng)力應(yīng)變傳感器,并通過引入光照對(duì)器件的性能進(jìn)行調(diào)控。 研究了一維ZnO納米材料的電學(xué)特性及光調(diào)控對(duì)其影響規(guī)律。利用開爾文掃描探針顯微鏡研究了ZnO納米錐的表面電勢(shì)和電子濃度的尺寸效應(yīng)。在NW直徑較小時(shí)(400nm),表面電勢(shì)隨著直徑增大線性增大。當(dāng)直徑大于400nm時(shí)表面電勢(shì)達(dá)到最大值并保持穩(wěn)定。在紫外輻照下,納米線與PtIr探針的表面電勢(shì)差不斷增大,在40min左右達(dá)到飽和值5.371eV。ZnO納米錐的電子濃度在紫外輻照下不斷增大,在照射大約60min后,電子濃度達(dá)到飽和值2.68×1017。 利用ZnO納米/微米線與Pt電極在柔性基底上構(gòu)筑了紫外探測(cè)器并研究了力調(diào)控對(duì)器件性能的影響規(guī)律,在波長為365nm,功率密度為0.5mW/cm2的紫外輻照下,器件在4V偏壓時(shí)的光暗電流比為2.98,響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別為9s和10s。利用壓電效應(yīng)可以有效的調(diào)控紫外探測(cè)器的性能。在引入壓縮應(yīng)變后,器件的光暗電流比達(dá)到了5.34,響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別為3.7s和6.0s。 研究了光調(diào)控對(duì)力電器件性能的影響規(guī)律�；趩胃鵝nO納米/微米線在柔性基底上構(gòu)筑了應(yīng)力傳感器,在無紫外輻照12V偏壓下,隨著加載力增大,電流從2.99nA線性減小到1.57nA;引入紫外輻照后,在2.5V偏壓下隨著加載力增大,電流從2.82nA增大到了8.75nA,呈指數(shù)方式增大�；赯nO四針構(gòu)建的應(yīng)力傳感器。利用紫外光調(diào)控肖特基結(jié)區(qū)的勢(shì)壘高度,器件的靈敏度從0.17A/N提高到了2.05A/N。利用ZnO納米/微米線與PEDOT：PSS構(gòu)建自驅(qū)動(dòng)應(yīng)變傳感器,可以實(shí)現(xiàn)器件以太陽光照為能量來源的自驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。在太陽光照射下,器件靈敏度比提高133.5倍達(dá)到1×104。 利用得到ZnO納米四針的支腿的錐狀結(jié)構(gòu),測(cè)試ZnO納米錐在不同直徑處的楊氏模量。ZnO納米錐隨著直徑從從418nm減小到62.4nm,ZnO納米錐的楊氏模量從73.9GPa減小到了2.3GPa。ZnO納米線直徑從259nm增大到446nm,材料的塑性形變的閾值從53μN(yùn)增加到了113μN(yùn)。而斷裂閾值則從92μN(yùn)增大到了148州。利用原子力顯微鏡對(duì)ZnO納米錐定點(diǎn)做力曲線的方法,可以定點(diǎn)地將納米線加工成原長度范圍內(nèi)所需要的長度。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;O614.241
【圖文】：

圖2-1 ZnO的結(jié)構(gòu)示意圖ZnO是一種具有壓電和光電特性的半導(dǎo)體材料，它在常溫下的禁帶寬度是7eV,與GaN的禁帶寬度相似，是典型的直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，同時(shí)

其它形狀較特殊的準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)，如納米空心球、納米橋、納米釘及納米盤等等。圖2-2是王中林教授制備的各種形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)，包括納米帶、納米螺旋、納米線陣列、納米梳、納米弓、納米環(huán)、空心納米管、多面體納米格、納米螺裝陣列、多孔線、四針狀納米晶須等[24]?-3-

25?15{rc溫度范圍內(nèi)，ZnO納米棒的電阻隨溫度上升而下降，而在N2、10%H2、02、N2O及C2H4等不同氣氛里，納米線的電阻基本不變。圖2-3是單根ZnO納米棒的電鏡圖片和不同溫度下的電輸運(yùn)性能測(cè)試曲線。二2x10. t T.,^c ,：;：：：；：：：??‘ ?? T?125C ?‘--Z 0； . I 、 .....一一O .2x1。丨丨:H;::::::;::::'-4?10 十.,--0.4 -02 00 o7 04TT——Nl.i，.；■ Voltag?(V)圖2-3 (a)單根ZnO納米棒的電鏡圖片；(b)不同溫度下的電輸運(yùn)性能曲線Li等人研宄了單根ZnO納米線的電輸運(yùn)性能，研究發(fā)現(xiàn)納米線兩端所加的電壓與電流成線性關(guān)系，電導(dǎo)在打^u和關(guān)閉紫外福照納米線時(shí)發(fā)生大的變化，而且打^u光照時(shí)電導(dǎo)增加的速率比關(guān)閉光照時(shí)電導(dǎo)減小的速率要快。在真空中測(cè)試時(shí)，在紫外轄照條件下，電導(dǎo)增加的速率比在空氣中電導(dǎo)增加的速率要快，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)納米線的電導(dǎo)隨著環(huán)境的溫度的升高而增大，研究者認(rèn)為納米線的電導(dǎo)受表面的吸附的氧離子的影響很大，這為把ZnO納米線用作氣體傳感器提供了可能。Liao等人研宄了表面態(tài)對(duì)單根ZnO納米線電輸運(yùn)性能的影響

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 潘躍武;;氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備及發(fā)光性質(zhì)研究[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2013年08期

2 林增欽;修向前;張世英;華雪梅;謝自力;張榮;陳鵬;韓平;鄭有p

本文編號(hào)：2789212