ZnO纳米线基MWNTs/PVDF复合热电材料的制备及特性研究

将不同比例的多壁碳管(MWNTs)与聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物混合后,喷涂于n型ZnO半导体纳米线阵列上,制备了一种新型ZnO纳米线基MWNTs/PVDF热电复合材料.与以往采用价格昂贵的p型与n型单壁碳纳米管(SWNTs)与聚合物混合制备的复合热电材料特性相比,这种新型热电复合材料在降低制造成本的同时,利用分散于聚合物中MWNTs的一维电子传输特性及形成的大量界面势垒,加上ZnO半导体纳米线具有的较高载流子密度与迁移率,提高了复合热电材料中电子的输运特性,增加了材料对声子的散射强度.测试发现,在一定的温度梯度下,随着MWNTs添加质量百分比的增加,热电材料的温差电动势和电导率也随之增加,但其Seebeck系数变化量不大.研究表明,这种热电材料有望替代采用p型与n型SWNTs构建的SWNTs/PVDF复合热电材料.研究结果对开发超轻、无毒、廉价、可应用于各种微纳电子领域的新型电源具有重要的参考价值.     

取向Zn1-xMgxO纳米线阵列的制备及光学特性

采用化学气相沉积(CVD)法, 以高纯ZnO、Mg和活性C混合粉末为原料, 在Si(111)衬底上制备了不同配比的取向Zn1-xMgxO纳米线阵列. 用X射线衍射仪(XRD), 扫描电镜(SEM), 能量色散X射线分析(EDAX)及光致发光(PL)光谱分析仪对样品的晶体结构、形貌、成分组成和光致发光特性进行了分析. 用霍尔效应测量系统测试了不同配比样品的载流子浓度. 实验发现, 当Zn1-xMgxO纳米线阵列中Mg原子相对Zn原子摩尔比x值较小时(x<0.29), XRD衍射谱中只有ZnO晶体标准衍射峰, 没有MgO晶体衍射峰, 说明此时制备的Zn1-xMgxO纳米线样品晶格结构以ZnO纤锌矿结构为主, Mg原子只是作为替位或填隙原子分布在ZnO晶体中. 但当样品中x>0.53时, ZnO与MgO的特征衍射峰同时出现在样品的衍射谱图中, 说明随原料中Mg原子摩尔比的增加, 制备的Zn1-xMgxO纳米阵列样品中ZnO纤锌矿结构与MgO岩盐结构同时存在, 样品呈现多晶体结构形式. 实验还对比了制备的纯ZnO与不同配比的Zn1-xMgxO纳米线阵列的光致发光光谱和载流子浓度, 发现随Mg含量的增加, Zn1-xMgxO阵列紫光发光峰出现了较明显的蓝移现象, 同时, 测试结果也表明, 随Mg含量的增加, Zn1-xMgxO阵列的紫光和绿光峰发光强度都有所减弱, 样品的载流子浓度也随之下降. 文章对实验结果进行了分析和探讨.     

取向碳纳米管/硅纳米线复合阵列的制备

在阳极氧化铝模板(AAO)的取向微孔内, 利用化学气相沉积(CVD) 技术首先制备了两端开口高度取向的碳纳米管阵列, 再在碳纳米管中间的孔洞内沉积硅纳米线, 成功制备了碳纳米管/硅纳米线(CNTs/SiNWs)核鞘复合阵列结构. 用SEM, TEM, XRD等仪器分析了CNTs/SiNWs核鞘复合阵列和沉积在碳纳米管孔洞内的硅纳米线的生长特性和晶体结构, 利用I-V关系和Fowler-Nordheim方程研究了其场发射(FE)特性, 用荧光光谱分析仪分析了复合阵列的荧光(PL)特性. 证明了模板法制备的CNTs/SiNWs核鞘复合阵列结构可用来制作具有金属/半导体(M/S)特性的纳米PN结, 该复合阵列结构也使SiNWs包覆在CNTs惰性鞘内, 可防止SiNWs在空气中的进一步氧化. 制备出的CNTs/SiNWs核鞘复合阵列结构生长方向高度有序, 直径和长度易于控制, 极少产生其他制备方法中出现的纳米结构弯曲和相互缠绕现象.     

外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及其特性研究

利用外电场辅助化学气相沉积（CVD）方法,在蓝宝石衬底上制备出了由三组生长方向构成的网格状β-Ga₂O₃纳米线.研究了不同外加电压大小对β-Ga₂O₃纳米线表面形貌、晶体结构以及光学特性的影响.结果表明：外加电压的大小对样品的表面形貌有着非常大的影响,有外加电场作用时生长的β-Ga₂O₃纳米线取向性开始变好,只出现了由三组不同生长方向构成的网格状β-Ga₂O₃纳米线;并且随着外加电压的增加,纳米线分布变得更加密集、长度明显增长.此外,采用这种外电场辅助的CVD方法可以明显改善样品的结晶和光学质量.     

取向纳米ZnO/Cu_2O异质结阵列的制备及光电特性

以水热合成法制备的一维取向n型ZnO纳米线阵列为衬底,采用电化学沉积法在其上沉积生长一层p型Cu2O半导体包覆层,制备出了新型ZnO/Cu2O异质结纳米线阵列光敏器件.利用XRD、SEM、TEM、XPS、PL及光响应特性等测试方法对样品的形貌、晶体结构、化学成分及光电特性进行了分析表征.研究了生长条件对ZnO/Cu2O异质结纳米线阵列各种特性的影响.研究发现,适宜的沉积电压和沉积时间是保证ZnO/Cu2O异质结光敏器件具有适宜厚度核壳包覆层及较好光响应特性的关键因素.研究结果为ZnO及Cu2O半导体材料在光敏器件中的应用提供了实验基础.     

Sb掺杂大尺寸ZnO纳米棒的制备及其特性研究

采用化学气相沉积法,在没有采用任何催化剂的条件下,在Si(100)衬底上成功制备出Sb掺杂大尺寸ZnO纳米棒,并对样品进行了结构和光学性质的表征。结果表明:纳米棒为结晶质量较好的六角纤锌矿结构,在能量色散谱(EDS)中观测到了Sb元素的存在。此外,在低温光致发光(PL)光谱中还观测到了与Sb掺杂相关的中性受主束缚激子发光峰(A0X)、自由电子到受主能级跃迁的发光峰(FA)、施主受主对(DAP)以及DAP的一级纵向光声子伴线(DAP-1LO),因此证实Sb元素作为受主杂质掺杂已进入ZnO晶格。     

Growth and Characterization of Trumpet-Shaped ZnO Microtube Arrays on Si Substrates

Aligned trumpet-shaped zinc oxide microtube arrays have been successfully prepared on silicon （100） substrates via the chemical vapour deposition method with a mixture of ZnO and active carbon powders as reactants. The results show that two types of trumpet-shaped ZnO microtubes can be obtained. A plausible growth mechanism based on the studies of scanning electron microscopy （SEM）, transmission electron microscopy （TEM）, x-ray diffraction （XRD）, and room-temperature photoluminescence spectroscopy is proposed and discussed. The initial metastable zinc-rich ZnOx embryos play a key role in the formation of trumpet-shaped ZnO microtubes. On the different surfaces of metastable zinc-rich ZnOx （x 〈 1）, embryos exhibit different stabilities and resistivities to oxidation; these tiny embryos are gradually extended with different growing rates along the directions of its long axis and circular boundary around its oxide shell. Just this special reason creates the formation of trumpet-shaped microtubes and results in the inerratic and imperfect hexagonshaped cross section that appears. Moreover, the analytical results also show that the as-synthesized ZnO microtube arrays can exhibit better room-temperature photoluminescence behaviour.     

模板法制备枝状Pt纳米线

一维纳米材料的制备是近年来纳米材料的研究热点. 利用具有纳米尺度的孔洞阵列模板沉积各种材料构筑纳米线的方法具有制备简便和成本较低等优点[1,2]. 常用的模板有多孔阳极氧化铝(AAO)、多孔硅和聚合物等, 其中AAO模板具有耐高温, 绝缘性好, 孔洞分布均匀, 孔径、孔深大小可控等特点, 是模板法研究的热点. 通过模板法电化学沉积制备各种金属纳米线已有很多报道[3～8], 本研究小组也曾报道了模板法电化学沉积Au等纳米线的制备及性质[9～12], 但用该方法制备的金属纳米线都为单一的线状结构. 组成当代大规模集成电路的基本器件一般具有3个或3个以上的电极. 单一的线状结构纳米线, 不能满足纳米电子学对纳米材料和纳米器件性能研究的需要. 在纳米器件的特性研究和探索中, 枝状或Y形纳米结的制备有重要的意义, 它是纳米器件从理论到实用化的必备条件. Sui等[13]用模板法成功制备了枝状碳纳米管, 但用AAO模板制备枝状金属纳米线的研究至今还未见报道. 本文通过控制铝片的阳极氧化条件, 先制备出具有分枝状孔洞结构的AAO模板, 再用电化学法沉积金属Pt, 实现了枝状Pt纳米线的可控生长. 这对其它金属枝状纳米线的制备以及进一步掺杂、构筑纳米原型器件等具有显著的实用价值.     

CVD法制备p-ZnO薄膜/n-Si异质结发光二极管及其性能研究

利用简单的化学气相沉积方法, 首先在n-Si衬底上生长Sb掺杂p-ZnO薄膜, 并在此基础上制作了p-ZnO/n-Si异质结发光二极管．对制备的Sb掺杂ZnO薄膜 在800 ℃下进行了热退火处理, 发现退火后样品的晶体质量和表面形貌都得到明显提高, 并且薄膜呈现的电导类型为p型, 载流子浓度为9.56× 10¹⁷ cm^-3. 此外, 该器件还表现出良好的整流特性, 正向开启电压为4.0 V, 反向击穿电压为9.5 V. 在正向45 mA的注入电流条件下, 器件实现了室温下的电致发光. 这说明较高质量的ZnO薄膜也可以通过简单的化学气相沉积方法来实现, 这为ZnO基光电器件的材料制备提供了一种简单可行的方法. 关键词： CVD p-ZnO 异质结 电致发光     

Preparation of well-aligned carbon nanotubes/silicon nanowires core-sheath composite structure arrays in porous anodic aluminum oxide templates

The well-aligned carbon nanotubes (CNTs) arrays with opened ends were prepared in ordered pores of anodic aluminum oxide (AAO) template by the chemical vapor deposition (CVD) method. After then, silicon nanowires (SiNWs) were deposited in the hollow cavities of CNTs. By using this method, CNTs/SiNWs core-sheath composite structure arrays were synthesized successfully. Growing structures and physical properties of the CNTs/SiNWs composite structure arrays were analyzed and researched by the scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction spectrum (XRD), respectively. The field emission (FE) behavior of the CNTs/SiNWs composite structure arrays was studied based on Fowler-Nordheim tunneling mechanism and current-voltage (/-V) curve. And the photoluminescence (PL) was also characterized. Significantly, the CNTs/SiNWs core-sheath composite structure nanowire fabricated by AAO template method is characteristic of a metal/semiconductor (M/S) behavior and can be