一维纳米氧化锌的场发射性能和光学性能研究

采用真空热蒸发法在不同的制备温度下,制备出了准阵列状和阵列状一维纳米ZnO结构。并利用X射线衍射、扫描电子显微镜、场发射测试仪、光致发光谱对ZnO纳米材料的结晶质量、形貌及场发射性能进行了分析研究。阵列状纳米氧化锌有较明显的择优生长取向。准阵列状纳米氧化锌的场发射性能优于阵列状纳米氧化锌。并通过对PL谱的对比分析得出,准阵列状纳米结构的结晶质量较好,阵列状纳米结构中存在的缺陷较多。     

氧化锌纳米阵列场发射性能研究

采用物理气相沉积的方法通过控制生长参数，在硅衬底上获得不同形貌的氧化锌纳米阵列。在金属场发射系统中测量了它们的场致电子发射性能，发现阴极发射电流不稳定主要是由于氧化锌纳米阵列的不均匀性造成的．采用高压励炼技术可以增强氧化锌场发射的稳定性，使电流波动明显降低．此外，形貌对氧化锌纳米阵列的场发射电流密度和阈值电压有明显影响，而且不同形貌的氧化锌纳米阵列的抗溅射能力也不相同．     

ZnO纳米阵列的可控合成及其场发射特性

采用水热法在PS模板上制备了不同的ZnO纳米阵列,通过控制反应时间得到不同长径比的ZnO纳米阵列,真空场发射测试表明,使用PS模板的ZnO纳米阵列的场发射性能得到改善,主要因为长纳米棒与短纳米管交叉两层的阵列结构导致屏蔽效应减弱。较长反应时间制备的ZnO纳米棒具有较大的长径比,场发射较好。多次重复场发射测试发现,本实验制备的ZnO纳米棒阵列的场发射稳定性不是很好,还需进一步改善。     

ZnO纳米棒为模板的TiO2纳米管制备及其场发射性能研究

以水热法生长ZnO纳米棒阵列为模板,利用液相沉积法成功制备了TiO2纳米管阵列,并系统研究了液相沉积液浓度和沉积时间对ZnO纳米棒的溶解情况,以及所制备TiO2纳米管阵列的场发射性能。实验结果表明:硼酸浓度越大、沉积时间越长,对ZnO纳米棒的溶解作用越明显,因而越不利于TiO2纳米管的制备。利用该种方法制备的TiO2纳米管长径比和致密性可通过ZnO纳米棒的水热生长条件来控制,本实验制备的TiO2纳米管具有优异的场发射性能,其开启场强为4.60 V/μm,场增强因子为10239。     

ZnO纳米棒/CNTs复合阴极的制备及其场发射性能的研究

采用水热法和喷涂法制备ZnO纳米棒/CNTs复合材料,并测试其场发射性能。首先采用水热法在ITO电极基面生长ZnO纳米棒阵列,随后通过喷涂技术在ZnO纳米棒阵列表面沉积碳纳米管(CNTs)。使用扫描电子显微镜和X-射线衍射分别表征样品的结构和形貌特征。结果表明,经喷涂沉积的CNT薄膜均匀地包裹在ZnO纳米棒尖端。对该复合材料采用二极结构测试其场发射性能,通过测试结果发现,ZnO纳米棒/CNTs复合材料可明显改善ZnO纳米棒阵列及CNT薄膜的场发射性能,该复合材料具有低开启电场强度(约0.96V/μm),高场增强因子(9881)。因此,ZnO纳米棒/CNTs复合材料是最有前景的场发射阴极材料之一。     

热处理对氧化锌纳米线场发射特性的影响

用场发射显微镜研究了在钨针尖上生长的氧化锌纳米线的场发射性能,得到了氧化锌纳米线的场发射像及场发射电流与电压关系,并讨论了氧化锌纳米线场发射像的形成原因和不同热处理条件对其场发射性能的影响,给出了氧化锌纳米线比较合适的热处理温度.     

基于氧化锌纳米线表面传导场发射阴极的研究

利用热蒸发和丝网印刷技术在玻璃基底上成功制备了氧化锌纳米线表面传导场发射阴极阵列,并测试其场发射性能。扫描电镜表明,在氩气和氧气流量分别为60和1mL/min,反应温度550℃保温30min条件下制备的氧化锌纳米线均匀垂直生长在玻璃基底上,直径大约在80～200nm,长度〉7μm。场发射测试表明,在阳压2000V和阴阳间距为500μm时,ZnO纳米线表面传导场发射阴极的开启电压为70V;在栅压为96V时,电子发射效率为26.2%,高于传统报道的表面传导电子发射器件,在经过80min的老练后发射接近稳定,平均发射电流接近135μA,表明ZnO纳米线表面传导场发射阴极有着稳定高效的场发射性能。     

ZnO纳米棒阵列膜的制备及其光电化学性能研究

采用化学溶液沉积法,在ZnO纳米颗粒膜修饰的FTO导电玻璃基底上,制备了ZnO纳米棒阵列。用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）对样品进行表征。研究结果表明所制备的ZnO纳米棒为六方纤锌矿相单晶结构,沿c轴择优取向生长,平均直径约为40nm,长度约为900nm;ZnO纳米棒阵列生长致密,取向性较一致。以曙红Y敏化的ZnO纳米棒阵列膜为光阳极制作了染料敏化太阳能电池原型器件,在光照强度为100mW/cm2下,其开路电压为0.418V,短路电流为0.889mA/cm2,总的光电转换效率为0.133%。     

ZnO纳米棒阵列的水热生长条件对柔性染料敏化太阳能电池的影响

利用水热法在不同条件下在ITO-PET(tin-doped indium oxide polyethylene terephthalate)上制备氧化锌纳米棒阵列, 通过一些定量的参数, 如纳米棒的直径、长度和棒密度来表征纳米棒的形貌. 通过改变反应条件可以调节上述参数. 分别讨论了两个重要条件: 反应时间和前驱体浓度. 研究表明前驱体浓度对长径比有重要影响. 柔性基底上的氧化锌纳米棒作为染料敏化电池的新型光阳极, 长径比的改变对柔性电池有重要的影响. 可通过调节反应条件来提高柔性染料敏化电池的性能.     

基于水热反应制备SnO2纳米棒阵列

采用水热反应制备一维SnO₂纳米棒阵列并表征其物相结构和微观形貌,研究了水热反应的核心工艺条件如前驱体浓度、反应时间、反应温度、反应次数以及前驱体中NaCl添加剂等对纳米棒阵列的生长和形貌的影响。结果表明：较低的前驱体浓度有利于制备大长径比的纳米棒;改变反应时间调控纳米棒的长度;改变反应温度和次数调控纳米棒的长度、直径和基底覆盖率;在前驱体中加入NaCl,可增强纳米棒的取向生长并降低其基底覆盖率。     

电子束蒸发制备纳米硅锥及其场发射性能研究

应用超高真空电子束蒸发方法，以铁作为催化剂，在硅和多孔硅衬底上生长纳米Si锥阵列。采用原子力显微镜表征生长在不同衬底上纳米硅的形貌特征，测试和比较了不同衬底上纳米硅的电子场发射性能。实验结果表明用这种方法形成了高度为10—35nm的锥状纳米结构，并且这些纳米硅锥阵列的场发射性能良好。比较生长不同衬底上的纳米锥形貌与场发射性能，发现多孔硅衬底上更适合生长这种纳米硅锥。     

氧化锌纳米棒形貌对ZnO/Cu2O异质结太阳能电池光伏性能的影响

采用电化学沉积法制备了ZnO纳米棒,首先讨论了电化学沉积参数对氧化锌(ZnO)纳米棒形貌的影响,并对不同长度ZnO纳米棒的光吸收和反射等性质进行了研究.实验发现沉积时间是影响纳米棒长度、直径的重要因素,ZnO纳米棒的微观形貌对其光学性质有重要影响.然后以氧化锌纳米棒为n型材料,以氧化亚铜为p型材料,通过电化学沉积法构筑了ZnO/Cu2O异质结太阳能电池,并测试了其光伏性能,研究表明增长纳米棒阵列的长度使得开路电压、短路电流密度及光电转换效率等性能得到提升.最后,综合分析了氧化锌纳米棒形貌与所组装电池的性能之间的关系,发现调控氧化锌纳米棒的形貌是提高ZnO/Cu2O异质结太阳能电池光伏性能的有效途径.     

可见光响应的TiO2双层纳米棒阵列制备及其光催化性能研究

采用磁控溅射辅助二次水热法,在掺杂氟的SnO_2透明导电玻璃基底上制备出可见光响应的TiO_2双层纳米棒阵列。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-DRS)、X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的晶体结构、微观形貌、光吸收性质及化学组分价态进行了表征;以甲基橙为目标降解物,对样品在可见光下的催化性能进行了研究。结果表明:双层阵列由金红石相TiO_2一维纳米棒构成,溅射沉积的TiO_2纳米颗粒为上层纳米棒阵列生长提供晶种,使其生长更致密;并且由于其内部Ti3+和氧空位缺陷态的存在,将阵列的光谱吸收范围拓宽至可见光区域。TiO_2双层纳米棒阵列在可见光照射下对甲基橙的降解率相比纯TiO_2纳米棒阵列提高了67%,表现出良好的光催化性能。     

低温下ZnO花状微结构的合成和性质

在无表面活性剂的条件下，通过水热法在三种不同的基底上制备了由纳米棒组成的花状氧化锌微结构，其纳米棒沿c轴方向生长。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对花状氧化锌微结构进行了表征。XRD测试结果表明ZnO为纤锌矿结构，扫描电镜照片表明ZnO微结构具有花状形貌。简单讨论了反应物浓度对花状ZnO纳米棒形成的影响及生长机理。     

氧化镍三维纳米电极的制备及其超级电容性能研究

以阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列为基底,利用水热法在上面成功制备出NiO三维纳米电极。通过晶体粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)分析了其物相组成、表面形貌及元素价态,同时也分析了NiO直接在TiO2纳米管阵列上三维生长的过程。超级电容性能结果表明:NiO三维纳米电极在充放电电流密度在2.5A/g下,比电容为918F/g的容量,循环2000圈之后容量保持在93%,是较为理想的超级电容器用清洁储能材料。TiO2纳米管阵列显著提高了NiO与基底接触的牢固程度,克服了粉末材料制备电极的繁琐过程,较大地提高了电极材料的循环性能。     

电场辅助溶液法制备氧化锌纳米棒阵列及其形貌研究

在外加电场辅助下用溶液法制备了氧化锌纳米棒阵列,反应过程低温、快速,且在无种子层条件下单步完成.用XRD和SEM表征了不同条件下制备的样品的结构和形貌,制备得到的氧化锌纳米棒尺寸均匀、生长致密,直径在50～200nm之间,长度1.5μm左右.分别研究了添加剂六亚甲基四胺(HMTA)和引入的辅助电场的作用及其对样品形貌的影响.研究了不同反应物浓度和反应时间下的样品形貌,讨论了纳米棒一星状双层氧化锌纳米结构在溶液中的形成和生长机理.     

掺锡氧化锌纳米阵列的制备及其结构和光学特性的研究

在旋涂法制成的种子层基底上,用水热法生长氧化锌纳米阵列(ZNAs)和掺锡氧化锌纳米阵列(ZNAs∶Sn)。为了研究掺锡对氧化锌纳米阵列透光性的影响,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射谱和椭圆偏振仪(SE)对样品进行了表征,并结合等效介质模型(EMA)理论模拟样品光学常数,根据太阳能光谱AM1.5计算透过光的总功率。XRD分析表明纳米棒垂直于基底沿(002)晶向生长,SEM和椭圆偏振仪表明样品表面形貌良好,制得的纳米棒直径约300 nm,长度约1.6μm。透射谱表明ZNAs掺锡之后,在300~800nm波段透过率增大。根据AM1.5计算获得在样品厚度相同的情况下,掺杂5%的ZNAs∶Sn透过光总功率是ZNAs的1.6倍。     

ZnO花状微结构合成研究

在无表面活性剂的条件下,通过水热法在3种不同的基底上制备了由纳米棒组成的花状氧化锌微结构,其纳米棒沿c轴方向生长.通过X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对花状氧化锌微结构进行了表征.XRD测试结果表明ZnO为纤锌矿结构,扫描电镜照片表明ZnO微结构具有花状形貌.简单讨论了反应物浓度对花状ZnO纳米棒形成的影响及生长机理.     

Mg掺杂ZnO纳米棒阵列的场发射性能研究

采用水热法在硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)与硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O)的生长液中制备了Mg掺杂的Mg/ZnO(MZO)纳米棒,其中生长液中Mg2+的物质的量浓度c(Mg2+)分别为0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.25 mol/L和0.50 mol/L.利用场发射电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、光致发光谱(PL)测试及场发射测试对所制备的MZO纳米棒的表面形貌、成分、晶体结构、光学性能及场发射性能进行了研究.结果表明:随着生长液中c(Mg2+)的增加,MZO纳米棒的直径逐渐减小、缺陷逐渐增加;且掺入的Mg含量与c(Mg2+)并不成正比关系;当生长液中的c(Mg2+)为0.10 mol/L时,所制备的MZO纳米棒的场发射性能最好,其开启场强为2.85 V/μm.     

定向碳纳米管薄膜的制备及其场发射性能的研究

利用高温裂解法，以酞菁铁为原料在不同基底(石英玻璃、硅片、氧化硅片等)上成功制备了碳纳米管定向薄膜。在扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)下观察表明，得到的薄膜由定向性良好的多壁碳纳米管(MWNTs)组成。详细讨论了反应时间等工艺参数对薄膜生长的影响，并测量了不同基底上定向碳纳米管薄膜的场发射性质。