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本论文紧紧围绕低维异质结构纳米材料这一主题,以无机半导体硫化物和有机导电聚合物为构筑基元设计了一系列具有不同微结构和杂化界面的低维杂化纳米材料并研究了它们的各种性质,主要包括下面几个方面的内容:
(1)通过结合改性阳极氧化铝多孔模板技术和电化学聚合的方法成功的制备出了低维PBPB纳米结构。这种纳米材料的具有异常优异的特性:可以在探针台上通过钨探针将其弯曲成不同形状,从而表现了这种有机高分子材料的柔性特征。纳米线表现出非常有趣的变化U型、S型和O型结构形成的灵活性,并且表现出优良的固体光致发光性能和导电性能。通过研究表明,纳米线的导电性能,可以通过调整掺杂电解质TBAP的浓度实现控制。同样我们可以通过精确的控制来改变纳米材料结构的尺寸和形状。纳米结构多方面的可控性将能引导发展智能化原型器件和纳米级电路提供一个有力的条件。
(2)我们通过电化学模板法成功的制备出了PBPB/CdS异质结纳米线阵列。为制造新的有机/无机半导体异质结结构材料达到相应的性能和功能提供了新的见解。结果表明,异质结结构材料由于其在科学研究和应用上的潜力,是高科技发展中的一种很有前途的材料。PBPB/CdS有机/无机异质纳米阵列表现出明显的二极管特征和整流能力,其中整流比随着外加光照的增强几增大,最大可以达到129.7(45.8 mW/cm2的外加光强下)。这些特点使得PBPB/CdS异质结纳米线阵列成为新一代的电子和光电器件的备选材料成为可能。
(3)通过电化学原位生长的方法,我们成功地制备了π-体系共轭共聚合物纳米线阵列PEDOT-co-T34bT,并研究这种纳米线阵列的导电性能和场发射性能。研究表明,相对于独立的PT34bT与PEDOT纳米线阵列而言,交联共聚物PEDOT-co-T34bT纳米线阵列具有更好的导电性和场发射性能。这种共聚物纳米线阵列场发射电流密度最大达到4 mA/cm2,同时PEDOT-co-T34bT纳米线阵列的表现出非常小的功函数(1.4 eV)以及优良的场发射稳定性。该工作的优势在于不仅合成了一种新型的共聚物纳米材料,而且得到一种高效的阴极场发射和性能优良的有机半导体低维纳米材料。
(4)我们通过经典的Template Wetting的方法,将改良后溶解性很好的富勒烯衍生物H-t-B和有机P型半导体聚合物P3HT共混成功的制备出了体异质结纳米线阵列。通过这种方法合成的低维体异质结纳米材料具有均匀的尺寸和形状。研究表明,该体异质结纳米线阵列具有两种单组份材料不具备的光开关性质,其开关比大于4。H-t-B/P3HT体异质结纳米线阵列的开/关循环情况显示出其良好的稳定性和可重复性。另外,这种材料在较宽光波段光电响应较好,使得这种体异质结纳米材料在太阳能电池材料方面有潜在的应用价值。
(5)异质结纳米材料由于其特殊的性能一直是被研究的重点。通过PbS纳米线沿[1.11]晶面的生长得到末端非平面的结构,我们合成了一种新型的轴向非平面P-N异质结纳米结构:PbS/PPy纳米线,相比较普通平面P-N异质结纳米线而言,由于有机与无机材料之间的接触面积的增大,使得PbS/PPy非平面异质结纳米线显示出更高的导电能力和整流比。另外,PbS/PPy纳米线的场效应晶体二极管性能也在深入研究之中。随后,我们通过电化学原位聚合模板法合成了EPP纳米线,研究表明这是一种具有双P-N结的三端纳米线二输入端逻辑或门,当且仅当两端(A和B两端)输入同时为低电平时,输出才为低电平。如果有1端或2端输入是高电平,则其输出高电平,信号输出表现出典型的逻辑或门输出现象,这部分研究结果在异质结纳米材料领域中是一个新的突破。