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无机半导体纳米材料是纳米材料的重要组成部分,也是研究较多的一类材料,在电子、光电、传感、能量转换,能量存储、催化等领域有着广泛的应用前景。无机半导体纳米材料研究发展至今,虽然已经取得了非常多的成果,但无机半导体纳米材料的研究还有很多问题需要解决、突破,开发新的有效的制备纳米材料的方法、制备新结构的纳米材料、以及探索纳米材料的新的性能等都是无机半导体纳米材料研究当中很重要的任务。正是在这样的研究背景下,本论文围绕探寻新的有效的方法制备新结构的纳米材料,以及探索新的性能等内容在以下几个方面做了一些研究工作:
一、ZnO基三元复合氧化物纳米材料的制备及其性能研究
(1)采用气相沉积法制备了Zn2SnO4纳米线,对其进行了形貌和结构表征,采用掩模法制作了单根Zn2SnO4纳米线器件,研究了单根Zn2SnO4纳米线器件的光响应性能,结果表明,单根Zn2SnO4纳米线器件对紫外光具有很强的响应,响应强度高(光电流比暗电流大几千甚至上万倍),响应速度快(光响应和恢复时间分别为0.46和0.42s),而且具有很好的稳定性(器件放置三个月后仍然保持了很高的光响应强度)。这些结果表明,Zn2SnO4纳米线可以用于光电子器件如光电子开光等领域。
(2)采用水热法制备了Zn2GeO4纳米线,对其进行了形貌和结构表征,研究了Zn2GeO4纳米线的光致发光以及光催化降解有机染料的性能,结果表明,Zn2GeO4纳米线可以发射绿色荧光,Zn2GeO4纳米线对亚甲基兰染料的光催化降解性能显著。这些结果表明,Zn2GeO4纳米线可以用于光学,催化等领域。
二、GeSe2纳米墙和纳米线的制备及其性能研究
采用气相沉积法制备了GeSe2纳米墙和纳米线,对其形貌和结构进行了表征。研究了GeSe2纳米墙的场发射性能,结果表明,GeSe2纳米墙具有较低的开启电场(两极距离为200μm时的开启电场为10.7V/μm)、较高的电流密度(两极距离为100μm时,最高电流密度可以达到0.98 mA/cm2)、以及较大的场加强因子(两电极距离为100和200μm时的场加强因子β值分别为527和1054)等良好的场发射性质,可以用作场发射材料。研究了单根GeSe2纳米线的电子存储性能,测试结果表明,单根GeSe2纳米线器件具有回线形式的伏安特性,而且回线形式的伏安行为是稳定的、可以重复的,GeSe2纳米线可以用作电子存储材料。
三、钒氧化物纳米线的制备及其性能研究
采用简单的水热法制备了单晶V3O7·H2O纳米线,将V3O7·H2O纳米线400℃加热后得到单晶V2O5纳米线,对V3O7·H2O纳米线和V2O5纳米线进行了形貌和结构表征。分别制作了单根V3O7·H2O纳米线和单根V2O5纳米线器件,研究了它们的电子传输性能,结果表明,它们都具有半导体材料的电子传输特征,V2O5纳米线还具有场效应性能,可以应用于场效应晶体管器件。另外研究了V2O5纳米线对乙醇的气敏性能,结果表明,V2O5纳米线在室温下对乙醇具有很好的响应,响应速度快而且稳定,因此,V2O5纳米线可以应用于酒敏器件等领域。
四、硫化物纳米材料的制备及其性能研究
(1)采用回流法制备了Sb2S3纳米线,对其进行了形貌和结构表征,制作了单根Sb2S3纳米线器件,研究了单根Sb2S3纳米线器件对可见光的光响应性能,结果表明,单根Sb2S3纳米线对可见光具有光响应性能(光电流几十倍于暗电流),并且具有很好的光开关性能(响应和恢复迅速)。Sb2S3纳米线可以用于光电子器件如光电子开光等领域。
(2)采用水热法制备了ZnS花状微球,对其进行了形貌和结构表征,研究了ZnS花状微球的光致发光以及光催化降解性能,结果表明,ZnS花状微球在蓝紫光谱带有强的光发射,ZnS花状微球对亚甲基兰染料的光催化降解性能显著,ZnS花状微球可以用于光学,催化等领域。