本文關(guān)鍵詞：單根磷摻雜ZnO微米線熱電發(fā)電機(jī)的制備和性能研究

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【摘要】：ZnO是II-VI族直接寬帶隙半導(dǎo)體材料,室溫下禁帶寬度為3.37eV,激子束縛能高達(dá)60meV,這使ZnO成為制備紫外光發(fā)射器件的良好材料。近年來,以ZnO納米結(jié)構(gòu)為制備材料的納米發(fā)電機(jī)已引起世界各國科研人員的極大關(guān)注,目前納米發(fā)電機(jī)的相關(guān)研究多為壓電式驅(qū)動,而利用熱能制成發(fā)電機(jī)的相關(guān)報道卻很少,熱電發(fā)電機(jī)是基于塞貝克效應(yīng)制備的一種利用溫差驅(qū)使電荷移動的器件。本文采用化學(xué)氣相沉積方法生長出了不同磷摻雜的ZnO微米線,并在此基礎(chǔ)上制備了將熱能轉(zhuǎn)化為電能的熱電發(fā)電機(jī),并對該器件的輸出特性進(jìn)行了研究。取得的主要結(jié)果如下:(1)采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法,在無催化劑的條件下,生長出了不同磷摻雜量的超長、大尺寸ZnO微米線。測試結(jié)果表明,對于低磷摻雜的ZnO微米線分布密集、取向較好、長度均勻可達(dá)1.5cm,但隨著磷摻雜量的增加,微米線的長度逐漸變短,并且尺寸變得不均勻;在EDS圖譜中觀測到了磷元素的存在,并發(fā)現(xiàn)隨反應(yīng)源材料中P2O5摻雜量的增加,生長出的微米線中磷含量也會隨之增加。此外,在PL譜中還發(fā)現(xiàn),隨著磷摻雜量的增多,紫外與綠光發(fā)光峰的強(qiáng)度比值逐漸減小。(2)將挑選出的單根磷摻雜ZnO微米線制作成將熱能轉(zhuǎn)化為電能的微米發(fā)電機(jī),并研究了不同磷摻雜量、長度、溫差及連接方式對器件輸出特性的影響。結(jié)果表明器件的電壓和電流值隨著磷摻雜量、溫差、微米線長度的增加其值也在逐漸變大。通過對器件的測試得出當(dāng)器件兩個電極之間的溫差為77K時,最大輸出電壓和輸出電流分別為44.2mV和100nA。此外,通過計算得出單根微米線的塞貝克系數(shù)大約為570μV/K。該實驗結(jié)果為ZnO基微/納米結(jié)構(gòu)在熱電發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：化學(xué)氣相沉積 磷摻雜 ZnO微米線 熱電發(fā)電機(jī)
【學(xué)位授予單位】：遼寧師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM31
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-18
• 1.1 ZnO的基本性質(zhì)9-13
• 1.1.1 ZnO的電學(xué)特性11-12
• 1.1.2 ZnO的壓電特性12
• 1.1.3 ZnO的光學(xué)特性12-13
• 1.2 ZnO納米發(fā)電機(jī)的研究進(jìn)展13-17
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容17-18
• 2 ZnO納米材料的制備方法及常用的表征手段18-27
• 2.1 ZnO納米材料的制備方法18-21
• 2.1.1 化學(xué)氣相沉積法18
• 2.1.2 分子束外延法18-19
• 2.1.3 溶膠-凝膠法19-20
• 2.1.4 射頻磁控濺射法20
• 2.1.5 脈沖激光沉積法20-21
• 2.2 ZnO納米材料常用的表征手段21-27
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡21-22
• 2.2.2 透射電子顯微鏡22-23
• 2.2.3 原子力顯微鏡23-24
• 2.2.4 X射線衍射譜24-25
• 2.2.5 X射線能譜25-26
• 2.2.6 光致發(fā)光譜26-27
• 3 磷摻雜ZnO微米線的生長與特性研究27-32
• 3.1 磷摻雜ZnO微米線的生長27-28
• 3.2 樣品的表面形貌28-29
• 3.3 樣品的X射線衍射譜（XRD）29
• 3.4 樣品的能量色散譜（EDS）29-30
• 3.5 樣品的室溫光致發(fā)光譜（PL）30-31
• 3.6 小結(jié)31-32
• 4 單根磷摻雜ZnO微米線熱電發(fā)電機(jī)的制作和特性研究32-41
• 4.1 引言32
• 4.2 器件的制備32-33
• 4.3 磷摻雜量對器件輸出特性的影響33-35
• 4.4 溫差對器件輸出特性的影響35-37
• 4.5 微米線長度對器件輸出特性的影響37-38
• 4.6 連接方式對器件輸出特性的影響38-40
• 4.7 小結(jié)40-41
• 結(jié)論41-42
• 參考 文獻(xiàn)42-45
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果45-46
• 致謝46

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1 李榮;單根磷摻雜ZnO微米線熱電發(fā)電機(jī)的制備和性能研究[D];遼寧師范大學(xué);2015年

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本文編號：703433