含ZnO样本集晶格匹配和热匹配的模式识别分析

利用动态聚类分析、最小生成树、主成分分析等模式识别方法,对含ＺｎＯ半导体材料的样本集中各样本之间在３００Ｋ时的晶格匹配与热匹配程度进行了分析。结果表明：在３００Ｋ时,三种Ⅲ－Ⅴ族氮化物ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ与ＺｎＯ材料之间的晶格匹配和热匹配程序最好。由最小生成树以及主成分二维映射结果可知两类样本分区明显,分类效果良好,表明利用模式识别方法可对含ＺｎＯ样本集中各样本之间的晶格匹配和热匹配程度进行识别     

Rietveld全谱拟合表征掺杂ZnO陶瓷

通过Rietveld全谱拟合对掺杂多物相ZnO陶瓷的物相定量组成,所含尖晶石相的化学配比、晶粒大小和残余应力等结构参数同时进行了表征,既快又准。研究结果表明,掺杂ZnO陶瓷以保持原晶格常数和没有其它元素掺杂的较大颗粒的ZnO相为主体,高分散的Bi₂O₃相与尖晶石相晶粒分散于ZnO晶粒间。尖晶石相的元素组成随原料的掺杂组分配比不同而不同,利用全谱拟合精修确定了它们的元素组成。     

N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板, 采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列. 扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明: 两种阵列的纳米管均为六角形结构, 直径约为100 nm, 壁厚约为20 nm; 在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中, 掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面, 仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置; 表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化, 增强了纳米管阵列的光吸收效率, 促进了光生载流子的分离. 光催化实验结果表明, N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.     

基于ZnO电子传输层钙钛矿太阳能电池的研究进展

作为新一代低成本、高效率的光伏器件,以有机卤化铅CH₃NH₃PbX₃(MAPbX₃,X=Br、I、Cl)为光吸收层的钙钛矿太阳能电池(PSCs)相比于其他类型的光伏器件,具有原料丰富、工艺简单等特点。在较短的时间内,该类电池效率已由3.8%迅速攀升至25.7%,几乎可以媲美商用硅太阳能电池,成为能源应用领域的一颗新星。氧化锌(ZnO)因其具有材料易于加工、电子迁移率高、制造成本低廉且形貌结构多样等优点,被作为该类电池较为重要的一种电子传输层(ETL)而被广为研究。本文主要以不同结构的ZnO纳米薄膜ETL作为研究对象,对其在PSCs中的应用进行了总结,详细介绍了基于不同形貌ZnO纳米结构PSCs的研究进展,分析了该类电池面临的主要问题与解决处理方式,并对未来的发展趋势进行了展望。     

Investigation of quantum confinement phenomenon in composition- and diameter-modulated nanowires

The effects of diameter variation as a result of composition modulation along a nanowire on the confined energy states of electrons have been investigated theoretically. Possible confined states have been predicted by examining an effective potential term. Our results indicate that for a given radius of the wire, there exists a critical radius for modulation part below which carriers could not bound to the modulated part. The critical radius increases and reaches a limiting value as wire radius increases, specifying that the bound states could survive even when the radius of modulation decreases below the radius of remaining wire. Also, application of magnetic field could affect the critical radius so that the confinements to the modulated part are suppressed gradually by increasing the field strength, which is a sign of type-I to type-II transitions. Examination of results by the numerically solving the Schrodinger equation confirms the analytical predictions.     

Theoretical studies of the spin Hamiltonian parameters and local structures for WO3 doped Zn3(PO4)2ZnO nanopowders

The spin Hamiltonian parameters (SHPs) and the local structures for impurity W⁵⁺ in the Zn₃(PO₄)₂ZnO nanopowders doped with WO₃ under different concentrations are theoretically investigated using the perturbation calculations of these parameters. The exponential functions of the related quantities (cubic field parameter Dq, covalency factor N, relative tetragonal compression ratio τ and core polarisation constant κ) of concentration x with totally four adjustable coefficients a, b, c and d are adopted to fit the concentration dependences of the experimental d-d transition bands and SHPs. The impurity W⁵⁺ centres demonstrate moderate tetragonal compression ratios τ (～3.1%) due to the Jahn–Teller effect. With the increase of WO₃ concentration, Dq and N show moderately decreasing rules, while τ and κ exhibit slightly and moderately increasing tendencies with x, respectively. The mechanisms of the above concentration dependences of these quantities are analysed from the modifications of the local crystal-field strength and electron cloud density around the impurity W⁵⁺ with the variation of x. Present theoretical studies would be useful to the exploration of the structural properties and optical applications for WO₃ doped Zn₃(PO₄)₂ZnO nanopowders.     

单根Sb掺杂ZnO微米线非平衡电桥式气敏传感器的制作与性能

通过使用化学气相沉积法,成功制备出超长、大尺寸的Sb掺杂ZnO微米线.基于非平衡电桥原理,利用单根Sb掺杂ZnO微米线作为非平衡电桥的一个桥臂,制作出了可以在室温环境下工作的气敏传感器原型器件.结果表明:室温下测得该传感器对20,50,100和200 ppm(1 ppm=10^-6)不同浓度的丙酮及乙醇气体的响应-恢复曲线均呈现为矩形形状,在空气及被测气体中均有稳定的电流值,并随着探测气体浓度的增大,器件的响应值也在逐渐增加.此外,还发现器件对丙酮气体具有更好的选择性,当丙酮气体浓度为200 ppm时,该传感器的响应时间为0.2 s,恢复时间为0.3 s,响应度高达243%.通过与普通电导式气敏传感器对比发现,采用这种非平衡电桥结构传感器可以明显地提高响应度,使响应和恢复时间更快.此外,还研究了器件的气体探测机理.     

硝酸铟诱导的电沉积氧化锌纳米柱光学性质裁剪

为在新型太阳能电池等光电器件中应用ZnO纳米结构,需要对ZnO纳米结构阵列的几何形貌及光电物理性质进行裁剪与操控。采用电化学沉积路线制备ZnO纳米柱阵列,In(NO3)3与NH4NO3两种盐类被溶入在传统Zn(NO3)2主电解液中。对ZnO纳米柱阵列进行扫描电子显微镜、透射反射光谱、光致发光光谱测试,分析其形貌与光电物理性质。随着引入的In(NO3)3浓度的增加,ZnO纳米柱阵列的平均直径随之由57 nm减小至30 nm。同时ZnO纳米柱的阵列密度也可降低,进而增大纳米柱间距至41 nm。由于新的盐类的引入,ZnO纳米柱的光学带隙由3.46 eV蓝移至3.55 eV。随着电解液中In(NO3)3的增加,ZnO纳米柱的斯托克斯位移由198 meV减小至154 meV,ZnO纳米柱中的非辐射复合可以得到一定程度的抑制。通过在主电解液中引入In(NO3)3与NH4NO3两种盐类,可对ZnO纳米柱的直径、密度、间距、透射反射率、光学带隙、近带边发射与非辐射复合进行操控与裁剪。     

表面钝化对ZnO纳米线压电性的影响

本文利用第一性原理方法,研究了四种表面钝化对六角形[001]方向ZnO纳米线压电性质的影响. 研究发现,在50%H/50%Cl和50%H/50%F两种钝化中,体积效应和表面效应都起到了增强压电性的作用. 而在100%H和100%Cl的两种钝化中,表面效应被弱极化的表面电荷屏蔽,不能起到增强压电性的作用. 此外,结果还揭示了体积效应和表面效应的竞争使得实验上不能观察到ZnO纳米线压电性的直径依赖现象,并提出了利用表面钝化缩小纳米线轴向晶格常数或增大表面极化来提高压电性的方法.     

层状溶致液晶中电沉积铂纳米线

以非离子表面活性剂四氧乙烯基正十二烷基醚与氯铂酸水溶液构建层状溶致液晶, 通过电沉积技术制备了金属铂纳米线. 分别采用偏光显微镜、小角X射线散射对液晶进行结构分析, 通过透射电镜和能量弥散X射线谱分析观测产物形貌并确定其组成. 结果表明, 相对于饱和甘汞电极, 沉积电势在0.05～0.20 V范围内, 金属铂沿表面活性剂双分子层膜生长, 反应前后液晶相的长程周期性结构无明显变化; 在0.10 V沉积电势下, 随反应时间从960 s延长至3840 s, 去除表面活性剂后沉积产物分别为层状纳米粒子、层状纳米线以及长度达十几微米且致密的纳米线. 讨论了层状液晶对沉积产物的结构导向作用.