【摘要】：近年來,半導(dǎo)體硒化物納米材料由于它自身獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì),使得它已經(jīng)成為太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),尤其是在場(chǎng)致電子發(fā)射器件和光電器件中的研究和應(yīng)用越來越熱門。因此研究和發(fā)展更為簡(jiǎn)單的、綠色的以及普適的合成體系來制備出性能優(yōu)越的硒化物半導(dǎo)體納米材料,并對(duì)其在尺寸、形貌以及組成上實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控,對(duì)于進(jìn)一步研究硒化物半導(dǎo)體材料的新性質(zhì)及其相關(guān)應(yīng)用具有非常重要的意義。在此基礎(chǔ)之上,人們將石墨烯比表面積大、電子遷移率高、導(dǎo)電性能良好等特點(diǎn)與硒化物半導(dǎo)體納米材料的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,把不同的硒化物納米材料組裝或復(fù)合到石墨烯上,進(jìn)一步拓寬了硒化物/石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。這些納米電子材料己在光電轉(zhuǎn)換器件、能量存儲(chǔ)器件、傳感器、光催化、場(chǎng)致電子發(fā)射器件等應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的前景。本論文選取ZnSe、CdSe、Cu_(2-x)Se三種金屬硒化物納米材料為研究對(duì)象,采用簡(jiǎn)單的一步水熱法制備出了ZnSe納米墻、CdSe納米草/氧化石墨烯納米復(fù)合材料、CdSe納米球/氧化石墨烯納米復(fù)合材料以及Cu_(2-x)Se納米草/氧化石墨烯納米復(fù)合材料。并且研究了不同形貌的ZnSe納米墻、生長(zhǎng)在氧化石墨烯基底上的不同形貌的CdSe納米草以及生長(zhǎng)在氧化石墨烯基底上的不同形貌的Cu_(2-x)Se納米草的場(chǎng)致電子發(fā)射性能,同時(shí)還對(duì)生長(zhǎng)在氧化石墨烯基底上不同形貌的CdSe納米球的光電性能進(jìn)行了研究。這些研究結(jié)果為硒化物納米材料及硒化物/石墨烯復(fù)合材料的可控制備、物理化學(xué)性能的研究以及在光電器件、真空微電子器件、太陽(yáng)能電池、光催化等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:(1)采用水熱合成的方法(溫度為180°C,時(shí)間為12 h)在Zn板上成功地制備了ZnSe納米墻。通過X射線衍射(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM),透射電子顯微鏡(TEM),能量色散X射線分析(EDS),X射線光電子能譜分析(XPS)和拉曼光譜(Raman)分別分析了ZnSe納米墻的形貌、結(jié)構(gòu)以及化學(xué)成分組成。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),水合肼(N_2H_4·H_2O)的濃度對(duì)ZnSe納米墻的結(jié)構(gòu)和形貌有著重要的影響。XRD的分析結(jié)果表明所有的ZnSe納米墻的相結(jié)構(gòu)均為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)。具有規(guī)則形貌的ZnSe納米墻能夠很大程度地提高其場(chǎng)致電子發(fā)射性能,其具有較低的開啟電場(chǎng)(1.51 Vμm~(-1))和較大的增強(qiáng)因子(4797),此外,對(duì)ZnSe納米墻的生長(zhǎng)機(jī)理也進(jìn)行了研究和討論。ZnSe納米墻可控的制備方法和良好的場(chǎng)致電子發(fā)射性能,意味著它在新型納米光電器件的制備和應(yīng)用方面有很大的潛在研究?jī)r(jià)值。(2)我們?cè)跍囟葹?20°C,反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)的條件下通過水熱法成功地在氧化石墨烯(GO)基底上制備了四種不同形貌的硒化鎘(CdSe)納米電子材料。CdSe納米草/氧化石墨烯復(fù)合材料的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和光電性質(zhì)通過XRD、SEM、TEM、EDS、XPS、拉曼光譜和熒光光譜進(jìn)行表征。通過添加不同量的EDTA,我們發(fā)現(xiàn)EDTA/Cd~(2+)的摩爾比對(duì)于在氧化石墨烯基底上生長(zhǎng)的CdSe納米草有重大的影響。XRD測(cè)試結(jié)果表明所有的CdSe納米草都生長(zhǎng)在了氧化石墨烯上,并且這幾種CdSe納米材料的相結(jié)構(gòu)都是閃鋅礦結(jié)構(gòu)。室溫下的光致發(fā)光(PL)光譜測(cè)試表明,使用不同激發(fā)波長(zhǎng)的光激發(fā)樣品時(shí),所有的樣品都發(fā)出紅光。拉曼光譜,EDS和XPS測(cè)試結(jié)果表明CdSe納米草是生長(zhǎng)在氧化石墨烯基底上的。場(chǎng)致電子發(fā)射性能測(cè)試結(jié)果表明,生長(zhǎng)在氧化石墨烯基底上具有棒狀形貌的CdSe納米草有最優(yōu)異的場(chǎng)致電子發(fā)射性能。這種棒狀結(jié)構(gòu)的CdSe納米草與其他形貌的CdSe相比,有更低的開啟電場(chǎng)(4.14 Vμm~(-1))和更大的場(chǎng)增強(qiáng)因子(3315)。(3)在100°C下,通過簡(jiǎn)單的水熱法反應(yīng)10小時(shí),以氧化石墨烯(GO)為襯底,可控地生長(zhǎng)出了形貌不同的Cu_(2-x)Se納米草。采用XRD,EDS,SEM和Raman光譜等技術(shù)對(duì)Cu_(2-x)Se納米草/氧化石墨烯納米復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)以及化學(xué)元素組成進(jìn)行了表征和分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水合肼(N_2H_4·H_2O)的濃度是可控合成Cu_(2-x)Se納米草的關(guān)鍵性參數(shù)。XRD結(jié)果分析表明,在氧化石墨烯襯底上可控制備的不同形貌的Cu_(2-x)Se納米草都具有立方相結(jié)構(gòu)。EDS和Raman光譜結(jié)果表明,Cu_(2-x)Se納米草生長(zhǎng)在了氧化石墨烯襯底上。本文針對(duì)Cu_(2-x)Se納米草/氧化石墨烯納米復(fù)合材料的場(chǎng)致電子發(fā)射特性進(jìn)行了深入研究。通過對(duì)比生長(zhǎng)在氧化石墨烯上不同尺寸和形貌的Cu_(2-x)Se納米草對(duì)場(chǎng)致電子發(fā)射性能的影響,我們發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)徑比大和發(fā)射點(diǎn)密度適中的Cu_(2-x)Se納米草具有最佳的場(chǎng)致電子發(fā)射性能,這也表明了這種Cu_(2-x)Se納米草/氧化石墨烯納米復(fù)合材料在真空微電子工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。(4)以硝酸鎘(Cd(NO_3)_2·4H_2O)和硒粉(Se)為初始反應(yīng)物,采用簡(jiǎn)單的水熱法,在石墨烯上可控地合成了不同形貌的CdSe納米材料。采用XRD,EDS,SEM,Raman光譜和UV-vis吸收光譜對(duì)CdSe納米球/氧化石墨烯納米復(fù)合物樣品進(jìn)行了光電性能的深入研究。我們發(fā)現(xiàn)不同摩爾比的EDTA/Cd~(2+)對(duì)于生長(zhǎng)在氧化石墨烯片上的CdSe納米球微觀形貌的變化至關(guān)重要。XRD結(jié)果表明在氧化石墨烯襯底上所合成的CdSe納米球其相結(jié)構(gòu)均為閃鋅礦結(jié)構(gòu)。EDS,SEM和Raman光譜的測(cè)試結(jié)果表明CdSe納米球確實(shí)是在氧化石墨烯襯底上生長(zhǎng)的。此外,UV-vis吸收光譜結(jié)果表明CdSe納米球/氧化石墨烯納米復(fù)合材料能夠?qū)⑽展庾V范圍擴(kuò)展到可見光區(qū)域,因此可以用于制作光電器件。同時(shí)實(shí)驗(yàn)將這幾種納米復(fù)合材料應(yīng)用于光催化降解羅丹明溶液,而且進(jìn)行了光催化性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:生長(zhǎng)在氧化石墨烯片上海膽狀的Cd Se納米球有優(yōu)異的光催化活性。此外,我們還對(duì)Cd Se納米球/氧化石墨烯納米復(fù)合材料的光催化機(jī)制進(jìn)行了討論。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33
【圖文】：

5圖 1-1 水熱法合成的 ZnSe 納米球的 SEM 圖像。Figure 1-1 SEM images of ZnSe microstructures obtained at differenthydrothermal temperatures: (a), (c) 100 °C; (b), (d) 140 °C.

圖 1-2 納米電子材料在傳感器中的應(yīng)用。Figure 1-2 Nano electric materials were applied in sensors.根據(jù)以上的納米材料的眾多應(yīng)用，充分說明了納米材料在現(xiàn)代材料科學(xué)領(lǐng)域占有不可替代的地位，并將其擴(kuò)大到實(shí)際生產(chǎn)生活中推動(dòng)人類的進(jìn)步和發(fā)展。

圖 1-3 CdSe 的晶體結(jié)構(gòu)示意圖。Figure 1-3 Schematic representation of the CdSe.，屬于直接帶隙的Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料，在室溫下的它的帶隙為穩(wěn)定的化學(xué)性能以及較強(qiáng)的抗潮解能力。常壓下它的透射波.5～22 μm, 折射率為(10.6 μm) 2.4，吸收系數(shù)為(10.6 μm) 4.0

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2799956