有序半導(dǎo)體納米線陣列的制備及其性能研究.pdf

1、ZnO與TiO2具有相似的能帶結(jié)構(gòu)和禁帶寬度，是優(yōu)異的半導(dǎo)體光電功能材料。高度有序且垂直基底的ZnO與TiO2納米線陣列以其更加優(yōu)異的性能在眾多領(lǐng)域如太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、傳感器及UV探測(cè)器等納米電子器件及納米光電子器件方面有著廣泛的應(yīng)用。另外，結(jié)合ZnO、TiO2半導(dǎo)體與導(dǎo)電聚合物PANI的光電效應(yīng)、光敏氣敏性等及P-N結(jié)特性還可制作多種光電器件，可進(jìn)一步提高ZnO與TiO2半導(dǎo)體納米材料的性能并拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。為了給第四章器件的制

2、備提供堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)分別采用電化學(xué)沉積法和水熱法制備出高度有序且均勻分布的ZnO納米線陣列和TiO2納米線陣列。其主要研究?jī)?nèi)容及其結(jié)果如下:
　　 (1)對(duì)比多種制備方法后選擇電化學(xué)沉積法，制備出垂直基底高度有序的ZnO納米線陣列，納米線在整個(gè)FTO基底上均勻分布。通過(guò)控制電沉積參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)形貌的可控生長(zhǎng)。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)過(guò)程中，出現(xiàn)了ZnO納米線、ZnO納米片納米線夾雜的情況，表明不同的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)納米結(jié)構(gòu)形貌的影響巨大，所

3、以本章對(duì)納米線的形成機(jī)理進(jìn)行了比較詳細(xì)的論述。采用SEM、XRD及PL等對(duì)ZnO納米陣列進(jìn)行表征，結(jié)果表明制備出的ZnO納米線陣列具有良好的晶體質(zhì)量和光電性質(zhì)。
　　 (2)利用FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電層與TiO2的晶格失配僅為2％，以鈦酸丁酯、去離子水和濃鹽酸為前驅(qū)液，采用水熱法直接在FTO基底上生長(zhǎng)TiO2納米線陣列。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，得到垂直于FTO基底的高度有序納米線陣列。XRD及SEAD表明制備的TiO2納米線為金紅石晶型;從

4、高倍SEM、TEM及XRD可以看出，每一根納米線均有幾十條4-7nm的小納米線聚集而成，每一條細(xì)小納米線都具有很好的單晶結(jié)構(gòu)。在TiO2納米線直徑方向上，相鄰晶面的間距約為0.325nm，對(duì)應(yīng)著金紅石型TiO2晶體的(110)晶面，這表明納米線具有[001]擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。
　　 (3)采用溶液法制備出酸摻雜的P型導(dǎo)電聚合物PANI納米線，利用ZnO、TiO2納米線陣列與PANI納米線薄膜間的P-N結(jié)特性分別組裝三明治納米器件FT