【摘要】：氧化鋅(ZnO)納米材料由于其獨特的壓電和半導體耦合特性,在光電探測器、應力傳感器、納米發(fā)電機等領域有著廣泛的應用前景。為了進一步優(yōu)化器件性能,探討器件在復雜多場環(huán)境中的應用,對ZnO納米材料的力光電耦合性能及相互作用機理進行深入系統(tǒng)研究,具有重要的理論意義和實際應用價值。 本文采用氣相沉積法制備了一維ZnO納米材料。利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、透射電子顯微鏡和光致發(fā)光譜儀等多種技術手段對ZnO納米材料的形貌和結構進行了表征。利用原子力掃描探針顯微鏡對ZnO納米線的電學特性進行了研究。構筑了肖特基結的柔性紫外探測器,通過應變調控紫外探測器的性能。構筑了應力應變傳感器,并通過引入光照對器件的性能進行調控。 研究了一維ZnO納米材料的電學特性及光調控對其影響規(guī)律。利用開爾文掃描探針顯微鏡研究了ZnO納米錐的表面電勢和電子濃度的尺寸效應。在NW直徑較小時(400nm),表面電勢隨著直徑增大線性增大。當直徑大于400nm時表面電勢達到最大值并保持穩(wěn)定。在紫外輻照下,納米線與PtIr探針的表面電勢差不斷增大,在40min左右達到飽和值5.371eV。ZnO納米錐的電子濃度在紫外輻照下不斷增大,在照射大約60min后,電子濃度達到飽和值2.68×1017。 利用ZnO納米/微米線與Pt電極在柔性基底上構筑了紫外探測器并研究了力調控對器件性能的影響規(guī)律,在波長為365nm,功率密度為0.5mW/cm2的紫外輻照下,器件在4V偏壓時的光暗電流比為2.98,響應時間和恢復時間分別為9s和10s。利用壓電效應可以有效的調控紫外探測器的性能。在引入壓縮應變后,器件的光暗電流比達到了5.34,響應時間和恢復時間分別為3.7s和6.0s。 研究了光調控對力電器件性能的影響規(guī)律�；趩胃鵝nO納米/微米線在柔性基底上構筑了應力傳感器,在無紫外輻照12V偏壓下,隨著加載力增大,電流從2.99nA線性減小到1.57nA;引入紫外輻照后,在2.5V偏壓下隨著加載力增大,電流從2.82nA增大到了8.75nA,呈指數(shù)方式增大�；赯nO四針構建的應力傳感器。利用紫外光調控肖特基結區(qū)的勢壘高度,器件的靈敏度從0.17A/N提高到了2.05A/N。利用ZnO納米/微米線與PEDOT：PSS構建自驅動應變傳感器,可以實現(xiàn)器件以太陽光照為能量來源的自驅動運行。在太陽光照射下,器件靈敏度比提高133.5倍達到1×104。 利用得到ZnO納米四針的支腿的錐狀結構,測試ZnO納米錐在不同直徑處的楊氏模量。ZnO納米錐隨著直徑從從418nm減小到62.4nm,ZnO納米錐的楊氏模量從73.9GPa減小到了2.3GPa。ZnO納米線直徑從259nm增大到446nm,材料的塑性形變的閾值從53μN增加到了113μN。而斷裂閾值則從92μN增大到了148州。利用原子力顯微鏡對ZnO納米錐定點做力曲線的方法,可以定點地將納米線加工成原長度范圍內所需要的長度。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O614.241
【圖文】：

圖2-1 ZnO的結構示意圖ZnO是一種具有壓電和光電特性的半導體材料，它在常溫下的禁帶寬度是7eV,與GaN的禁帶寬度相似，是典型的直接帶隙寬禁帶半導體材料，同時

其它形狀較特殊的準一維納米結構，如納米空心球、納米橋、納米釘及納米盤等等。圖2-2是王中林教授制備的各種形貌的ZnO納米結構，包括納米帶、納米螺旋、納米線陣列、納米梳、納米弓、納米環(huán)、空心納米管、多面體納米格、納米螺裝陣列、多孔線、四針狀納米晶須等[24]?-3-

25?15{rc溫度范圍內，ZnO納米棒的電阻隨溫度上升而下降，而在N2、10%H2、02、N2O及C2H4等不同氣氛里，納米線的電阻基本不變。圖2-3是單根ZnO納米棒的電鏡圖片和不同溫度下的電輸運性能測試曲線。二2x10. t T.,^c ,：;：：：；：：：??‘ ?? T?125C ?‘--Z 0； . I 、 .....一一O .2x1。丨丨:H;::::::;::::'-4?10 十.,--0.4 -02 00 o7 04TT——Nl.i，.；■ Voltag?(V)圖2-3 (a)單根ZnO納米棒的電鏡圖片；(b)不同溫度下的電輸運性能曲線Li等人研宄了單根ZnO納米線的電輸運性能，研究發(fā)現(xiàn)納米線兩端所加的電壓與電流成線性關系，電導在打^u和關閉紫外福照納米線時發(fā)生大的變化，而且打^u光照時電導增加的速率比關閉光照時電導減小的速率要快。在真空中測試時，在紫外轄照條件下，電導增加的速率比在空氣中電導增加的速率要快，同時研究發(fā)現(xiàn)納米線的電導隨著環(huán)境的溫度的升高而增大，研究者認為納米線的電導受表面的吸附的氧離子的影響很大，這為把ZnO納米線用作氣體傳感器提供了可能。Liao等人研宄了表面態(tài)對單根ZnO納米線電輸運性能的影響

【共引文獻】

相關期刊論文 前10條

1 潘躍武;;氧化鋅納米結構的制備及發(fā)光性質研究[J];發(fā)光學報;2013年08期

2 林增欽;修向前;張世英;華雪梅;謝自力;張榮;陳鵬;韓平;鄭有p

本文編號：2789212