氧化釩-碳納米管復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)控制與特性研究.pdf

1、溶膠-凝膠法制備的氧化釩的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性能已經(jīng)被廣泛研究，然而其較低的電導(dǎo)率限制了其實際應(yīng)用。一種有效提高氧化釩（VOx）電學(xué)性能的方法是將其與其它高電導(dǎo)率材料，如碳納米管（CNT）、石墨烯進(jìn)行復(fù)合。其中，VOx-CNT復(fù)合材料由于具有高 TCR和高電導(dǎo)率而備受關(guān)注。目前大部分VOx-CNT復(fù)合材料中的碳納米管隨機(jī)分布，導(dǎo)致其光電性能較為單一。與隨機(jī)碳納米管薄膜相比，圖形化碳納米管薄膜中碳納米管的形態(tài)與排列得以控制，具有明顯的電學(xué)各

2、向異性。但是，將圖形化碳納米管與氧化釩復(fù)合制備出VOx-CNT復(fù)合薄膜的研究與應(yīng)用尚未見報道。本文基于溶膠凝膠法制備了氧化釩和光電性能可控的VOx-CNT復(fù)合薄膜，利用多種材料分析表征手段對薄膜的結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能和光學(xué)性能進(jìn)行研究。分析了VOx-CNT應(yīng)用于探測器材料的可行性。本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個部分：
　　首先，對溶膠-凝膠法制備 VOx薄膜的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并研究其反應(yīng)機(jī)理。本文制備了在不同反應(yīng)溫度（90℃、110℃和

3、130℃）下制備的氧化釩溶膠和相應(yīng)的氧化釩薄膜。研究結(jié)果表明，110℃是形成連續(xù)氧化釩O=V-O-V=O網(wǎng)絡(luò)以制備高質(zhì)量薄膜的合適反應(yīng)溫度。該溫度下所制備的 VOx薄膜比其它反應(yīng)溫度下制得的薄膜具有低電阻率（23?·cm）、高TCR（-3.2％?K-1）和低平均透過率（在580-1100 nm波段平均透過率為54%）的特性，這些特性使在這種條件下制備的VOx薄膜適用于光電探測器當(dāng)中。
　　其次，在優(yōu)化了 VOx薄膜制備工藝的基礎(chǔ)上

4、，本文采用溶膠凝膠法與噴涂法結(jié)合，并以掩膜版輔助的方法，制備了不同圖形結(jié)構(gòu)的VOx-CNT薄膜。所制備的薄膜隨碳納米管薄膜層圖形變化而具有不同的光學(xué)性能與電學(xué)響應(yīng)。此外，本文還對不同圖形結(jié)構(gòu)的VOx-CNT薄膜的電阻各向異性進(jìn)行研究，分析碳納米管的分散狀態(tài)與碳納米管接觸點對復(fù)合薄膜電子傳輸機(jī)制的影響，進(jìn)而探索了通過設(shè)計碳納米管薄膜層的圖形達(dá)到調(diào)節(jié)復(fù)合膜電學(xué)及光學(xué)性質(zhì)的可能性。
　　最后，為了進(jìn)一步在微觀上控制碳納米管的排列，本文將

5、碳納米管進(jìn)行磁性修飾后與VOx薄膜復(fù)合，制備出氧化釩-磁性碳納米管薄膜。而且，通過外加磁場制備具有一定取向效果的氧化釩-磁性碳納米管復(fù)合薄膜。研究結(jié)果表明，氧化釩-磁性碳納米管薄膜的光電性能受外加磁場的影響效果明顯。在外加磁場的作用下，復(fù)合薄膜具有較為適中的電阻（6.2 M?）、優(yōu)良的溫敏特性（電阻溫度系數(shù)達(dá)到-3.3%）和較高的光學(xué)吸收響應(yīng)。此外，本文還研究了磁性碳納米管中磁性納米粒子、碳納米管和氧化釩三者之間的相互作用與外加磁場對所