自供能TiO2纳米管紫外探测器的制备与性能研究

采用液相沉积法在ITO衬底上以ZnO纳米棒阵列为模板合成了TiO₂纳米管阵列,并采用SEM、XRD对样品的形貌、结构等进行表征。在此基础上,以空白ITO导电玻璃为对电极制备了光电化学型紫外探测器,并对其光响应特性进行测试。实验结果表明,制得的TiO₂纳米管轻微弯曲,由单一稳定的锐钛矿相组成。制得的自供能TiO₂纳米管紫外探测器对300~400 nm紫外波段非常敏感而对可见光区无响应。在无外加偏压的条件下,TiO₂纳米管紫外探测器能够对紫外光实现探测,表现出自供能特性并且具有较高的光敏性。循环测试结果表明,制得的自供能TiO₂纳米管紫外探测器能够循环工作且性能稳定,上升时间和下降时间分别为0.33 s和0.38 s。     

TiO_2/石墨烯/Ag复合结构SERS实验

基于氧化物半导体的光催化特性,能够降解有机物分子,使表面增强拉曼散射基底得以重复使用。提出了银纳米颗粒有效修饰覆盖有石墨烯的二氧化钛纳米棒阵列(TiO_2/石墨烯/Ag)复合结构作为表面增强拉曼散射基底,并对其进行了实验研究。利用水热法制备了二氧化钛纳米棒阵列;采用湿法转移石墨烯和光照还原方法制备了TiO_2/石墨烯/Ag复合结构。用罗丹明6G(R6G)分子作为探测分子,结果表明:随着紫外光照沉积时间增加,探针分子的拉曼信号先增强后减弱;计算得到最大增强因子值约为2.6×106。此外,还对TiO_2/石墨烯/Ag复合结构的紫外自清洁特性进行了初步实验,结果表明,紫外光照射20min后,其拉曼强度下降到42.3%,具有一定的紫外清洁效果。     

双金属/TiO2纳米管复合结构中增强的光电流

将传统半导体材料与金属微纳结构相结合,利用其表面等离激元共振效应,可有效地增强复合结构的光电转换效率,使其广泛地被用于光电化学和光电探测等领域.本文以氧化铝纳米管为模板,采用原子层沉积技术制备出高有序的TiO2纳米管,并通过电子束热蒸发技术在大孔径的纳米管薄膜中分别负载金、铝和双金属金/铝纳米颗粒,形成金属纳米颗粒/TiO2纳米管复合结构.研究结果表明,相对于纯TiO2纳米管,Au/TiO2复合纳米管在568 nm的可见光照射下,其光电流密度约有400%的提高;在365 nm紫外光照射下,Al/TiO2复合纳米管的光电流提高约50%;同时负载双金属Au和Al纳米颗粒的TiO2纳米管在整个紫外-可见光区域光电流均显著增强.     

PATP在Ag/TiO_2纳米管基底上的表面增强拉曼散射和光催化过程研究

表面增强拉曼散射(SERS)是一种超灵敏、高选择性的分析方法,越来越受到人们的关注。对巯基苯胺(PATP)由于其易吸附在大多数SERS基底表面,并可以产生极强的SERS信号,因此常被用作SERS的探针分子。二氧化钛(TiO_2)是一种目前常用的光催化剂,但是其催化效率仍有待提高。将贵金属与TiO_2复合是提高其催化效率的有效手段。本文采用电化学阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管(TiO_2NTs),并采用光化学还原方法在表面沉积了贵金属银,制备了一种同时具有SERS和催化性能的双功能基底,即银纳米粒子修饰的二氧化钛纳米管(Ag/TiO_2NTs),研究了PATP分子在该基底上的光催化过程,并与在银镜基底上的光催化过程进行了比较。我们发现,Ag/TiO_2NTs基底上的PATP在催化过程中峰强度逐渐减弱,但没有新峰的出现;而在银镜基底上PATP的峰强度随光照时间却几乎没有变化,证明了PATP分子在Ag/TiO_2 NTs上的光催化降解过程。本文还对Ag/TiO_2NTs上PATP的催化过程进行了动力学分析,结果表明PATP在该基底表面的催化反应为一级反应。     

SiO2纳米颗粒对a-AlGaN金属-半导体-金属结构紫外探测器的影响

采用对a-AlGaN表面沉积SiO₂纳米颗粒制备工艺得到了金属-半导体-金属(MSM)结构的a-AlGaN紫外探测器。与没有沉积SiO₂纳米颗粒的探测器件相比,沉积SiO₂纳米颗粒使器件的暗电流下降了一个数量级,峰值光谱响应度提高了近3个数量级,紫外/可见抑制比大于10³。     

脉冲激光沉积Ag:BaTiO3纳米复合薄膜及其光学特性

在MgO(100)基片上利用脉冲激光沉积技术制备了掺有Ag纳米颗粒的BaTiO₃复合薄膜.通过X射线衍射对薄膜的结构进行了表征,利用透射电子显微镜对Ag纳米颗粒的尺寸、形态进行了观测,X射线光电子能谱结果表明Ag呈金属态.在410—500nm范围内观测到了Ag纳米颗粒引起的等离子振荡峰,随着后处理温度和Ag颗粒浓度的增加,吸收峰发生红移,并出现了双峰现象. 关键词： 金属纳米复合薄膜 激光沉积 光吸收     

NiO/TiO2复合纳米管的水热制备及光催化性能

采用水热法,制得了管径约为10～15nm、管长约为10～300nm、管壁上附着NiO纳米颗粒的TiO_2纳米管复合光催化剂(NiO/TiO_2).采用X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电镜、X射线光电子能谱及紫外-可见漫反射光谱等技术对催化剂进行了表征;以甲基橙为模拟污染物,评价了纳米管的光催化活性.结果表明:NiO晶粒与TiO_2晶粒结合形成p-n异质结,有效地促进了光生电子和空穴的分离;NiO对可见光有强烈的吸收,使复合TiO_2纳米管在整个可见光区域均有很好的光吸收;以上两点使NiO/TiO_2纳米管可见光下的光催化活性大幅提升,500℃煅烧后纳米管对甲基橙1h分解比由纯TiO_2纳米管的7.0%提升至NiO/TiO_2纳米管的95.6%.     

电化学沉积法制备ZnO纳米柱及自驱动紫外探测性能研究

采用提拉法在ITO衬底上制备种子层,并使用电化学沉积制备高度取向的氧化锌纳米棒,研究了不同提拉次数下籽晶层厚度与电化学沉积电位对氧化锌纳米棒形貌的影响。在此基础上,制备了自驱动型紫外探测器并测试了其光响应谱。结果表明,该探测器可以对部分紫外波段(300~400 nm)有选择性地光响应,峰值响应度为0.012 A/W。     

Si衬底上插入SiO2膜对Ag纳米颗粒陷光性能的影响

采用磁控溅射法在Si衬底上制备了SiO2介质膜,系统地研究了SiO2膜引入对Ag纳米颗粒的表面覆盖率、形貌、形成机理和光学性质的影响.研究发现引入SiO2介质膜后,Ag纳米颗粒的表面覆盖率显著增加,平均粒径明显降低.基于现有的Ag纳米颗粒形成机理,提出了粗糙表面Ag膜断裂模型以解释其形貌发生变化的原因.紫外-可见光分光光度计测试表明,引入SiO2膜并优化其厚度,可使Ag纳米颗粒的偶极消光峰最大红移86nm,但消光峰强度明显下降.数值模拟计算表明,引入SiO2膜的Ag纳米颗粒所能散射的光子数量最小减少2×1018个.因此,在Si衬底上沉积SiO2膜,不利于Ag纳米颗粒陷光性能的提高.     

表面修饰ZnO纳米线紫外光响应的增强效应

制备了基于单根ZnO纳米线的紫外光探测原型器件,并研究了聚苯乙烯硫酸钠表面修饰对器件紫外响应特性的影响.研究发现,在相同的紫外光照射条件下,表面修饰后的器件对紫外光的探测灵敏度比修饰前提高了3个数量级.I-V特性研究表明,修饰前后器件在光照时的电导没有明显变化,但修饰后器件的暗电导却下降了3个数量级.这说明通过表面修饰降低探测器的暗电导是提高紫外光探测器灵敏度的一条重要途径. 关键词： 紫外光探测器 纳米结构 ZnO 表面修饰     

Si衬底上插入SiO_2膜对Ag纳米颗粒陷光性能的影响（英文）

采用磁控溅射法在Si衬底上制备了SiO_2介质膜,系统地研究了SiO_2膜引入对Ag纳米颗粒的表面覆盖率、形貌、形成机理和光学性质的影响.研究发现引入SiO_2介质膜后,Ag纳米颗粒的表面覆盖率显著增加,平均粒径明显降低.基于现有的Ag纳米颗粒形成机理,提出了粗糙表面Ag膜断裂模型以解释其形貌发生变化的原因.紫外-可见光分光光度计测试表明,引入SiO_2膜并优化其厚度,可使Ag纳米颗粒的偶极消光峰最大红移86nm,但消光峰强度明显下降.数值模拟计算表明,引入SiO_2膜的Ag纳米颗粒所能散射的光子数量最小减少2×10~(18)个.因此,在Si衬底上沉积SiO_2膜,不利于Ag纳米颗粒陷光性能的提高.     

脉冲激光沉积Ag:BaTiO3纳米复合薄膜及其光学特性

在MgO(100)基片上利用脉冲激光沉积技术制备了掺有Ag纳米颗粒的BaTiO3复合薄膜.通过X射线衍射对薄膜的结构进行了表征,利用透射电子显微镜对Ag纳米颗粒的尺寸、形态进行了观测,X射线光电子能谱结果表明Ag呈金属态.在410-500 nm范围内观测到了Ag纳米颗粒引起的等离子振荡峰,随着后处理温度和Ag颗粒浓度的增加,吸收峰发生红移,并出现了双峰现象.     

不同钝化结构对非极性AlGaN-MSM紫外探测器性能的提升

在r面蓝宝石衬底上,采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）法高温生长了未掺杂非极性AlGaN半导体薄膜,在此基础上制备了金属-半导体-金属（MSM）结构的紫外探测器。系统研究了在AlGaN半导体薄膜表面分别磁控溅射SiO₂纳米颗粒与SiO₂钝化层两种钝化手段对非极性AlGaN-MSM结构的紫外探测器性能的影响。实验结果表明：磁控溅射SiO₂纳米颗粒钝化或SiO₂钝化层两种手段都能提升AlGaN-MSM结构紫外探测器性能。暗电流测试表明,SiO₂纳米颗粒和SiO₂钝化层可使器件暗电流下降1~2个数量级,达到nA量级。光谱响应测试发现,在5 V偏压下,探测器在300 nm处具有陡峭的截止边,这表明其具有很好的深紫外特性,光谱响应提高了10³倍,紫外可见抑制比高达10⁵。     

AAO/Ag NPs复合体系光吸收特性

利用时域有限差分法设计并分析了基于多孔氧化铝与纳米银颗粒的AAO/Ag NPs光吸收器模型,采用物理气相沉积方法制备了AAO/Ag NPs复合体系样品,表征并测试了不同实验参数下样品的光吸收特性.测试结果表明制备的AAO/Ag NPs复合体系样品在400～2 500nm波段的光吸收率高达98%,且高的光吸收率几乎不受银纳米颗粒氧化的影响.理论计算与测试分析表明多孔氧化铝孔内壁沉积的颗粒越多,沉积深度越深,沉积的银颗粒尺寸范围越大,光吸收率越高,而多孔结构有效降低了入射光的反射率,其表面的银膜有效降低了出射光的透射率.     

银纳米颗粒阵列的表面增强拉曼散射效应研究

利用具有高密度拉曼热点的金属纳米结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,可以显著增强吸附分子的拉曼信号.本文通过阳极氧化铝模板辅助电化学法沉积制备了高密度银(Ag)纳米颗粒阵列;利用扫描电子显微镜和反射谱表征了样品的结构形貌和表面等离激元特性;用1, 4-苯二硫醇(1, 4-BDT)为拉曼探针分子,研究了Ag纳米颗粒阵列的SERS效应.通过优化沉积时间,制备出高SERS探测灵敏度的Ag纳米颗粒阵列,检测极限可达10~(-13)mol/L;时域有限差分法模拟结果证实了纳米颗粒间存在强的等离激元耦合作用,且发现纳米颗粒底端的局域场增强更大.研究结果表明Ag纳米颗粒阵列可作为高效的SERS基底.     

ZnO纳米墙的电化学沉积法制备及紫外探测性能分析

以硝酸锌水溶液作为电沉积液,采用电化学沉积法制备了氧化锌(ZnO)纳米墙,研究了沉积电压对其表面形貌、晶体结构、拉曼光谱、光致发光谱、透过率以及紫外探测性能的影响。实验结果表明,该方法制备的ZnO纳米墙的均匀性较好,具有纤锌矿结构,沿(002)晶面择优生长,有较明显的E_2(high)模峰,在394 nm处有较强烈的紫外激发峰。紫外探测实验表明:在紫外光照射下,ZnO纳米墙的光电流迅速达到饱和,当沉积电压为1.6 V时,ZnO纳米墙的光电流值最大,对应的响应时间和恢复时间分别为1.36 s和2.23 s;当测试偏压为5 V时,光暗电流比为38.96,光电响应度为0.611 A/W。     

Ag/TiO2纳米材料的制备和光致变色性能研究

 采用光催化还原法在不同温度热处理的TiO2薄膜表面沉积Ag纳米颗粒,制备了Ag/TiO2纳米薄膜材料。通过UV-Vis吸收光谱表征对比了不同温度热处理的TiO2对Ag粒子光催化沉积的影响,发现500℃退火处理TiO2薄膜较利于Ag纳米粒子的光催化沉积;在650 nm红色激光照射下,500℃退火处理的Ag/TiO2样品具有明显的光致变色现象,对此变色过程中涉及的机理进行了讨论,且发现随着Ag纳米颗粒光催化沉积时间的增长,Ag/TiO2薄膜光致变色的响应速率提高,但Ag纳米颗粒过多会抑制Ag/TiO2薄膜的变色响应速率。     

CdS化学修饰TiO2纳米管阵列电极的传质特性分析

通过声电阳极氧化-化学沉积的方法制备CdS修饰的TiO₂纳米管阵列,并对其进行形貌表征及光电性能和传质特性的研究。结果表明;相对于未修饰的TiO₂纳米管列电极,CdS纳米粒子的化学修饰在增强电极对可见光吸收能力的同时,可减小电荷载流子的迁移阻力而有效提高光生电荷的分离和传递速率。在超声场中进行化学沉积,CdS纳米粒子可在TiO₂纳米管壁上均匀沉积,使得传质阻力进一步降低而获得相对最大的光电流和电荷载流子密度(9.29×10¹⁹cm^-3)。     

In, Al共掺杂ZnO纳米串光电探测器的组装与研究

用化学气相沉积法合成了高密度的In, Al共掺杂ZnO纳米串, 用合成出的纳米串组装成了光电探测器. 纳米串为六角纤锌矿结构, 平均长度大约为5 μ m. 研究了光电导的机制以及光电探测器的光电特性, 包括在暗环境及紫外照射下的伏安特性、光电响应率和光电响应时间. 结果表明, 器件存在内部增益机制, 光响应时间小于0.5 s, 衰减时间约为23 s, 可用于光电探测.     

多种金属/TiO2核壳纳米棒阵列的通用制备方法

使用了一种具有较大通用性的方法制备了金属/二氧化钛(TiO₂)核壳纳米结构. 采用电沉积方法在多孔氧化铝模板(AAO)孔洞中沉积壁厚均一的TiO₂纳米管,TiO₂纳米管的壁厚可以通过沉积时间来控制,而纳米管的直径和长度则由模板孔洞大小和模板厚度决定. 采用这种方法制备的TiO₂纳米管顶端是开放的,而底端连接在电沉积前溅射在AAO模板背面的金膜上. 这种TiO₂纳米管阵列结构适合进行二次电沉积,以它为模板将Pd、Cu、Fe等金属沉积到纳米管中形成核壳纳米棒结构. 这是一种可以用于制备多种金属/TiO₂核壳纳米结构的通用方法,采用这种方法制备的金属/TiO₂核壳纳米棒结构具有填充率高和取向性好的特点,而且它们的壁厚和长度可以通过分别改变两步电沉积的时间来控制.