硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料的制备与气敏性能研究

采用纳米球光刻和金属辅助刻蚀法以p型单晶硅片制备了硅纳米线阵列, 并以此作为基底, 通过溅射不同时长的金属钒薄膜并进行热退火氧化处理, 制备出硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料. 采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪表征了该复合材料的微观特性, 结果表明该结构增大了材料的比表面积, 有利于气体传感, 并且镀膜时间对后续生长的氧化钒纳米棒形貌有明显影响. 采用静态配气法在室温下测试了该复合材料对NO₂的气敏性能, 气敏测试结果表明沉积钒膜的时间对复合材料的气敏性能影响较大. 当选择合适的镀膜时间时, 适量氧化钒纳米棒增加了材料表面积并形成大量pn结结构, 相比纯硅纳米线对NO₂气体的灵敏度有明显提升, 且在室温下表现出优良的选择性. 同时, 对气敏机理做了定性解释, 认为硅纳米线与氧化钒纳米棒之间形成的pn结及能带结构在接触NO₂ 时的动态变化是其气敏响应提升的主要机制.     

n型有序多孔硅基氧化钨室温气敏性能研究

利用电化学腐蚀方法制备了n型有序多孔硅, 并以此为基底用直流磁控溅射法在其表面溅射不同厚度的氧化钨薄膜. 利用X射线和扫描电子显微镜表征了材料的成分和结构, 结果表明, 多孔硅的孔呈柱形有序分布, 溅射10 min的WO₃薄膜是多晶结构, 比较松散地覆盖在整个多孔硅的表面. 分别测试了多孔硅和多孔硅基氧化钨在室温条件下对二氧化氮的气敏性能, 结果表明, 相对于多孔硅, 多孔硅基氧化钨薄膜对二氧化氮的气敏性能显著提高. 对多孔硅基氧化钨复合结构的气敏机理分析认为, 多孔硅和氧化钨薄膜复合形成的异质结对良好的气敏性能起到主要作用, 氧化钨薄膜表面出现了反型层引起了气敏响应时电阻的异常变化. 关键词： 有序多孔硅 氧化钨薄膜 二氧化氮 室温气敏性能     

钒掺杂W18O49纳米线的室温p型电导与NO2敏感性能

钨氧化物纳米线在高灵敏度低功耗气体传感器中极具应用潜力, 且通过掺杂改性可进一步显著改善其敏感性能. 本文以WCl₆为钨源, NH₄VO₃为掺杂剂, 采用溶剂热法合成了钒掺杂的W₁₈O₄₉纳米线. 利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱仪表征了纳米线的微结构, 并利用静态气敏性能测试系统评价了掺杂纳米线的NO₂敏感性能. 研究结果表明: 五价钒离子受主掺杂进入氧化钨晶格结构, 抑制了纳米线沿轴向的生长并导致了纳米线束的二次集聚; 室温下, 钒掺杂W₁₈O₄₉纳米线接触NO₂气体后表现出反常的p型响应特性; 随工作温度逐渐升高至约110 ℃时, 发生从p型到n型的电导特性转变; 该掺杂纳米线气敏元件对浓度低至80 ppb (1 ppb=10^-9) 的NO₂气体具有明显的室温敏感响应和良好的响应稳定性. 分析并探讨了钒掺杂W₁₈O₄₉纳米线的高室温敏感特性及其p-n电导转型机理, 认为钒掺杂W₁₈O₄₉纳米线在室温下的良好敏感响应及反常p型导电性与掺杂纳米线表面高密度非稳表面态诱导的低温气体强吸附有关. 关键词： 氧化钨 纳米线 气体传感器 室温灵敏度     

Au/SiO2纳米复合薄膜的微结构及光吸收特性研究

用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO₂纳米多层薄膜.利用透射电子显微镜以及吸 收光谱对Au/SiO₂复合薄膜的微观结构、表面形貌及光学性能进行了表征和测试 .研究结果表明：单层Au/SiO₂薄膜中Au沉积时间小于10s时，分散在SiO_{2< /sub>中的Au颗粒随Au的沉积时间的延长而增大；当沉积时间超过10s后，Au颗粒的尺寸几乎 不随沉积时间变化，但Au颗粒的形状由网络状结构变为薄膜状结构.［Au(t1关键词： 尺寸效应 纳米复合薄膜 吸收光谱 有效媒质理论}     

CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅光致发光特性

为了研究CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅的光致发光特性,选用电阻率为0.01~0.02Ω·cm的P型硅片,先采用二步阳极氧化法制备自支撑多孔硅,再利用电泳法将CdS纳米颗粒填充入该自支撑多孔硅中.采用扫描电子显微镜、X射线能谱分析、X射线衍射分析、光致发光谱分析对所制备样品的形貌、相结构、组份及发光性能进行研究.实验结果表明:自支撑多孔硅内部成功填充了CdS纳米颗粒,该CdS纳米颗粒衍射峰为(210);CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅光致发光峰峰位发生红移,且从570nm转移到740nm;电泳时间直接影响CdS纳米颗粒的填充量,导致相关的发光峰强度及发光峰位明显不同.     

纳米TiO2多孔膜的微结构对染料敏化纳米薄膜太阳电池性能的影响

采用溶胶-凝胶方法，在不同的实验条件下获得平均粒径从15到25nm左右的纳米TiO２2颗粒.利用这些颗粒制备出的纳米多孔薄膜，应用于染料敏化纳米薄膜太阳电池. 通过x射线 衍射仪分析，得到TiO２₂颗粒的晶相以及晶粒度大小，用透射电子显微镜观察 了纳米TiO２₂颗粒的形貌和尺寸.应用于太阳电池的纳米TiO２₂多 孔膜，经基于布朗诺尔-埃米特-泰 勒（BET）的多层吸附理论的比表面积测试和孔径分布测试，获得了多孔膜的微 关键词： 溶胶-凝胶法 2')" href="#">纳米TiO２₂ 染料敏化 太阳电池     

Au纳米颗粒负载WO_3纳米花复合结构的二甲苯气敏性能

本文采用水热法成功制备了Au纳米颗粒负载的WO_3纳米花材料,并运用XRD,SEM,TEM等手段对其晶体结构和形貌进行了表征,并详细研究了其对二甲苯的气敏性能.首先对Au的浓度和气敏元件的工作温度进行了优化,结果表明,0.4μl Au纳米颗粒负载的WO_3对二甲苯的灵敏度最高,最佳工作温度为250℃.同纯WO_3相比,Au纳米颗粒负载的WO_3纳米花具有更快的响应/恢复速度和更高的目标气体选择性,在100 ppm二甲苯中灵敏度达到了29.5.此外,检测限度可以低至5 ppm水平.最后对气敏元件表面可能发生的氧化还原反应的机理进行了研究和讨论,认为Au负载的WO_3纳米花材料有望应用于二甲苯气体传感器.     

氮化硅薄膜中纳米非晶硅颗粒的键合结构及光致发光

采用螺旋波等离子体化学气相沉积技术以N₂/SiH₄/H₂为反应气体制备了镶嵌有纳米非晶硅颗粒的氢化氮化硅薄膜,通过改变N₂流量实现了薄膜从红到蓝绿的可调谐光致发光.傅里叶红外透射和紫外-可见光吸收特性分析表明,所生长薄膜具有较高的氢含量,N₂流量增加使氢的键合结构发生变化,非晶硅颗粒尺寸减小,所对应的薄膜的光学带隙逐渐增加和微观结构有序度减小.可调光致发光(PL)主要来源于纳米硅颗粒的量子限制效应发光,随N₂流量增加,PL的谱线展宽并逐渐增强. 关键词： 傅里叶红外透射谱 光吸收谱 纳米硅粒子镶嵌薄膜 光致发光     

基于光声光谱技术的1.5 μm波段 NH3吸收谱线测量与分析

NH₃的检测具有广泛的应用,采用光声法检测NH₃是当前研究的热点,而确定NH₃的吸收谱线则是实现光声法检测NH₃的前提。采用外腔可调谐半导体激光器构造了光声气体检测系统,检测了NH₃的近红外吸收谱线,获得了常温常压下NH₃在1 515~1 532 nm范围内的吸收光谱。实验确认了NH₃在1 515.2,1 516.0,1 518.0,1 519.9,1 522.4,1 527.0,1 531.7 nm处存在强吸收。HITRAN 2004光谱数据库在近红外1.5 μm波段NH₃的吸收谱线数据未见报道,该结果为研究光声法检测NH₃提供了更多可选择的吸收谱线。     

电沉积处理与染料敏化纳米薄膜太阳电池的优化

采用阳极氧化水解法对染料敏化纳米TiO₂薄膜太阳电池的光阳极进行不同方式的电沉积优化处理.借助x射线衍射仪对处理后的样品进行分析，通过超高分辨率场发射扫描电子显微镜对导电玻璃以及电沉积处理前后纳米多孔薄膜表面进行了粒径和形貌的扫描.染料敏化太阳电池实验测试结果表明，电沉积处理和修饰后可以明显提高光生电子的收集率，增大短路电流密度，提高电池效率. 关键词： 2')" href="#">纳米TiO₂ 染料敏化 电沉积 太阳电池     

Room temperature NO_2 gas sensing of Au-loaded tungsten oxide nanowires/porous silicon hybrid structure

In this work, we report an enhanced nitrogen dioxide(NO_2) gas sensor based on tungsten oxide(WO_3)nanowires/porous silicon(PS) decorated with gold(Au) nanoparticles. Au-loaded WO_3 nanowires with diameters of 10 nm–25 nm and lengths of 300 nm–500 nm are fabricated by the sputtering method on a porous silicon substrate. The high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM) micrographs show that Au nanoparticles are uniformly distributed on the surfaces of WO_3 nanowires. The effect of the Au nanoparticles on the NO_2-sensing performance of WO_3 nanowires/porous silicon is investigated over a low concentration range of 0.2 ppm–5 ppm of NO_2 at room temperature(25℃). It is found that the 10-? Au-loaded WO_3 nanowires/porous silicon-based sensor possesses the highest gas response characteristic. The underlying mechanism of the enhanced sensing properties of the Au-loaded WO_3 nanowires/porous silicon is also discussed.     

蓝宝石R面上ZnO薄膜的NH3掺杂研究

以NH₃为掺杂源,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统在蓝宝石R面上生长出掺氮ZnO薄膜。通过XRD,SEM测量优化了其生长参数,在610℃和在80sccm的NH₃流量下生长出了〈1120〉单一取向的ZnO薄膜。经Hall电阻率测量,得知该薄膜呈现弱p型或高电阻率,并对其光电子能谱进行了研究。     

高温退火处理下SiNx薄膜组成及键合结构变化

采用等离子增强化学气相沉积法, 以氨气和硅烷为反应气体, p型单晶硅为衬底, 低温下(200 ℃)制备了非化学计量比氮化硅(SiN_x)薄膜. 在N₂氛围中, 于500–1100 ℃范围内对薄膜进行热退火处理. 室温下分别使用Fourier变换红外吸收(FTIR)光谱技术和X射线光电子能谱(XPS)技术测量未退火以及退火处理后SiN_x薄膜的Si–N, Si–H, N–H键键合结构和Si 2p, N 1s电子结合能以及薄膜内N和Si原子含量比值R的变化. 详细讨论了不同温度退火处理下SiN_x薄膜的FTIR和XPS光谱演化同薄膜内Si, N, H原子间键合方式变化之间的关系. 通过分析FTIR和XPS光谱发现退火温度低于800 ℃时, SiN_x薄膜内Si–H和N–H键断裂后主要形成Si–N键; 当退火温度高于800 ℃时薄膜内Si–H和N–H键断裂利于N元素逸出和Si纳米粒子的形成; 当退火温度达到1100 ℃时N₂与SiN_x薄膜产生化学反应导致薄膜内N和Si原子含量比值R增加. 这些结果有助于控制高温下SiN_x薄膜可能产生的化学反应和优化SiN_x薄膜内的Si纳米粒子制备参数. 关键词： x薄膜')" href="#">SiN_x薄膜 Fourier变换红外吸收光谱 X射线光电子能谱 键合结构     

Fabrication of CoFe_2O_4 ferrite nanowire arrays in porous silicon template and their local magnetic properties

CoFe_2O_4 ferrite nanowire arrays are fabricated in porous silicon templates. The porous silicon templates are prepared via metal-assisted chemical etching with gold(Au) nanoparticles as the catalyst. Subsequently, CoFe_2O_4 ferrite nanowires are successfully synthesized into porous silicon templates by the sol–gel method. The magnetic hysteresis loop of nanowire array shows an isotropic feature of magnetic properties. The coercivity and squareness ratio(M_r/M_s) of ensemble nanowires are found to be 630 Oe(1 Oe = 79.5775 A·m~(-1) and 0.4 respectively. However, the first-order reversal curve(FORC) is adopted to reveal the probability density function of local magnetostatic properties(i.e., interwire interaction field and coercivity). The FORC diagram shows an obvious distribution feature for interaction field and coercivity. The local coercivity with a value of about 1000 Oe is found to have the highest probability.     

Polyhedral silver clusters as single molecule ammonia sensor based on charge transfer-induced plasmon enhancement

The unique plasmon resonance characteristics of nanostructures based on metal clusters have always been the focus of various plasmon devices and different applications. In this work, the plasmon resonance phenomena of polyhedral silver clusters under the adsorption of NH₃, N₂, H₂, and CH₄ molecules are studied by using time-dependent density functional theory. Under the adsorption of NH₃, the tunneling current of silver clusters changes significantly due to the charge transfer from NH₃ to silver clusters. However, the effects of N₂, H₂, and CH₄ adsorption on the tunneling current of silver clusters are negligible. Our results indicate that these silver clusters exhibit excellent selectivities and sensitivities for NH₃ detection. These findings confirm that the silver cluster is a promising NH₃ sensor and provide a new method for designing high-performance sensors in the future.     

ZnO薄膜的掺杂特性

通过MOCVD方法生长的ZnO薄膜一般为富锌生长,呈n型电导,要想得到高阻或低阻p-ZnO薄膜需要对其进行掺杂施主或受主杂质.主要研究在生长过程中通过NH₃对ZnO薄膜进行氮掺杂的情况,利用优化生长条件,即生长温度为610℃,Ar气(携带DEZn)流量为4sccm,O₂流量为120sccm,N₂流量为600sccm,得到在NH₃流量为80sccm时生长样品的结晶质量最高,在掺杂薄膜中NH₃流量高于或低于80sccm时,样品的表面形貌都将变差,只有在80sccm时表面粗糙度最低晶粒最小,表明该流量下获得的样品表面较光滑致密.所以80sccmNH₃流量为在R面蓝宝石上生长<110>取向ZnO薄膜的最佳掺杂流量.Hall测量结果表明,NH₃流量为50sccm的样品电导呈弱p型,电阻率为102Ω·cm,空穴载流子浓度为+1.69×10¹⁶cm^-3,迁移率为3.6cm²·V^-1·s^-1;当NH₃流量增加时样品的电导呈n型,电阻率最高达10⁸Ω·cm,我们认为与进入ZnO薄膜的H的量有关,并对其变化机理进行了详细的分析.     

氮化硅薄膜中硅纳米颗粒的形成机制研究

采用等离子体增强化学气相沉积技术,以SiH₄作为硅源, NH₃和N₂共同作为氮源,在单晶硅衬底上制备了不同的氮化硅薄膜. X射线衍射分析薄膜晶体结构,通过计算晶格尺寸大小证明了纳米硅颗粒的存在. 傅里叶变换红外光谱分析了薄膜中的键合作用的变化并结合化学反应过程对氮化硅薄膜中纳米硅颗粒的形成机制进行了研究,发现Si—Si键作为硅纳米颗粒的初始位置, 当反应朝着生成Si—Si的方向进行时,可以促进氮化硅薄膜中硅纳米颗粒的形成. X射线衍射分析和光致发光实验结果表明Si—Si键浓度增大时, 所形成的纳米硅颗粒的尺寸和浓度都随之增大.     

WO3/Pt复合薄膜的制备及其光电催化性能

导电玻璃作为基底水热法生长了WO₃纳米棒,通过电沉积法改变沉积Pt的时间(40 s,80 s,120 s),以WO₃纳米棒为基底沉积得到不同的WO₃/Pt复合薄膜样品。通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜等测试手段将WO₃纳米棒薄膜和WO₃/Pt复合薄膜样品进行表征。结果表明成功制备了WO₃/Pt复合薄膜样品。漫反射结果显示WO₃/Pt复合薄膜与WO₃薄膜相比具有更强的光吸收。交流阻抗谱显示WO₃/Pt复合薄膜与WO₃纳米棒薄膜相比增强了电荷转移效率。利用光电流、光电催化对WO₃/Pt复合薄膜进行光电性能测试,结果表明WO₃/Pt复合薄膜相较于单一WO₃薄膜光电流活性更高和光电催化活性更强,并且沉积时间为80 s的WO₃/Pt复合薄膜显示最为优异的光电流和光电催化性能。同时,沉积时间为80 s的WO₃/Pt复合薄膜的光电催化性能优于其光催化和电催化性能。