氧化鎢和氧化鋅一維納米線陣列的制備和光電器件研究.pdf

1、當今科技前沿領域，納米材料與納米技術的發展突飛猛進。金屬氧化物一維納米材料是一類有著重要應用前景的功能材料。本文圍繞著氧化鎢和氧化鋅這兩種代表性的氧化物半導體材料，分別采用熱蒸發沉積和化學氣相沉積法，實現了大面積、均勻的一維氧化鎢和氧化鋅納米線陣列的制備。本研究工作聚焦于氧化鎢和氧化鋅的納米結構的新型場發射器件、光電化學轉化器件、紫外光電探測器件和發光波長可調發光二極管(LED)器件，開展了以下幾個方面的研究：
　　(1)柔性電子

2、器件的發展方興未艾，新型柔性冷陰極材料在未來的許多領域中都有重要應用。本文采用熱蒸發方法，實現了大面積、均勻的W18O49納米線陣列、W20O58納米線陣列和WO3三維網絡結構的制備，綜合利用SEM、TEM、XPS和Raman散射等各種物性表征手段對其分析甄別。研究了氧化鎢納米線陣列/碳纖維結構的柔性冷陰極的制備方法和性能測試，發現W20O58納米線陣列/碳纖維柔性冷陰極材料具有4.3 MV/m的閾值電場和高達122mA/cm的發射電流

3、，以及在5.252mA/cm發射電流密度下，1小時內電流波動小于5％的高穩定性，這得益于這種柔性冷陰極材料具有良好電導率和熱導率。這種W20O58納米線陣列/碳纖維柔性冷陰極材料的發現和研究，極大的拓展和提升了在此之前人們在碳納米管/高分子聚合物類柔性冷陰極材料的研究水平。
　　(2)氧化鎢納米材料由于自身良好的物理、化學性質，在光催化和光電化學電池領域有廣闊的開發前景。本文研究了WO3三維納米網絡結構巨大的比表面積和良好的電子傳

4、輸通道對其光催化降解有機物性能，以及光電化學電池效率的提升。通過二次生長實現了雙層WO3納米線陣列，表現出光吸收增強效應，光電化學轉換效率在325 nm處最高達到73％，總太陽能光譜轉化效率為0.5％。利用氧化鎢自身光催化活性，實現了簡單、高效、均勻的貴金屬(Au，Ag，Pt和Pd)納米顆粒對WO3納米線陣列的修飾，由于金屬顆粒/半導體材料界面的表面等離子體共振效應，其光電化學活性進一步增強。
　　(3)氧化鋅納米材料紫外光電探測

5、器有優異的性能，但是目前的研究表明，大的紫外光光響應電流和快速響應時間無法兼顧。本文闡述了垂直度良好的ZnO納米線陣列制備方法，實現了ZnO納米線直徑的調控。利用ITO電極貼合方法制備了結構簡單的ZnO納米線陣列紫外光電探測器，由于器件由眾多納米線并聯組成，能同時實現毫安級的光電流，以及毫秒量級的響應時間和恢復時間，具有實用化前景。此外還嘗試利用交流電泳法，實現了氧化鎢單根納米線的電極接觸，并討論氧化鎢納米線的紫外光電響應性能。

6、　　(4)氧化鋅是一種重要的寬禁帶半導體材料，在未來的光電子器件領域有重要的發展前景。圍繞ZnO的能帶工程這一重大科學問題，本文利用Au顆粒催化誘導的化學氣相沉積法，實現了高質量的Ga x Zn1-x O(0≤x≤0.66)納米線陣列外延生長。首次發現了Ga x Zn1-x O納米線體系中Ga原子和Zn原子外層電子結合能的相對移動。光致發光譜顯示，Ga x Zn1-x O納米線的近帶邊發射峰從378 nm移動到416.8 nm。本文還成