TiO_2纳米棒薄膜的仿生合成及其水润湿性能

通过水热法,在FTO导电玻璃表面合成了TiO_2纳米棒簇及气孔双重修饰的TiO_2单晶纳米棒阵列薄膜,其中纳米棒簇由水热溶液中TiO_2晶核在薄膜表面的沉积生长而形成,气孔则通过聚苯乙烯(PS)微球模板形成。利用扫描电子显微镜(SEM)及X-射线衍射仪(XRD)对所合成的薄膜进行了表征,利用水接触角的测试评价了薄膜表面的水润湿性能。结果表明,纳米棒簇及直径1μm以下气孔的修饰能显著提高TiO_2纳米棒阵列薄膜的疏水性能,测试的水接触角达到100~130°,与未修饰的纳米棒薄膜相比,接触角增大了约1倍。     

ZnO:Cd纳米棒薄膜的制备及其光学氢敏性质研究

采用磁控溅射法在透明玻璃基底上制备50nm厚的ZnO种子层,利用水热法在ZnO种子层上生长厚度大约为1 000nm左右的ZnO:Cd纳米棒薄膜,通过SEM,XRD对其形态和晶体结构进行分析。结果表明:该薄膜是由沿C轴方向生长,呈六角纤锌矿结构的ZnO:Cd纳米棒阵列组成,并研究了薄膜型光学气敏传感器对氢气的光学敏感特性,结果表明:当工作温度为室温时,ZnO:Cd纳米棒薄膜器件对浓度为500×10~(-6)的氢气表现出明显的光学敏感特性,且具有良好的可重复性。     

Fe_2O_3阵列薄膜的制备及润湿性能研究

采用两种不同方法在不锈钢基底上制备出不同形貌的Fe_2O_3阵列薄膜,测试了其对液体的润湿性能。结果表明,Fe_2O_3多级结构阵列薄膜比Fe_2O_3纳米棒阵列薄膜表现出更好的润湿性能。Fe_2O_3多级结构阵列薄膜接触角变小,极性力变大,表面自由能增加。而Fe_2O_3纳米棒阵列薄膜接触角变大,色散力减小,表面自由能降低。与Fe_2O_3多级结构阵列相比,Fe_2O_3纳米棒阵列的纳米棒之间具有更多小的纳米尺寸的缝隙空间,使得较多的空气滞留其中,而空气具有很好的异质性,因此Fe_2O_3纳米棒阵列薄膜的润湿性相对较差。     

TiO_2分枝纳米棒阵列的制备及其在杂化太阳能电池中的应用

采用水热法制备了TiO_2纳米棒阵列及TiO_2分枝纳米棒阵列,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜观察了样品的微观结构形貌。以TiO_2纳米棒及分枝纳米棒阵列作为光阳极,组装成聚-3己基噻吩∶富勒烯衍生物/TiO_2(P3HT∶PCBM/TiO_2)杂化太阳能电池,测试了电池的光电性能。结果表明:用分枝结构纳米棒阵列制备的杂化电池效率显著高于普通TiO_2纳米棒阵列电池。由漫反射谱和电化学阻抗谱测量结果分析可知,由于分枝结构增大了TiO_2纳米棒阵列的比表面积,加快了载流子传输,减少了界面载流子复合,同时也增强了入射光散射,从而提升了杂化电池的性能。     

CuMnO2/TiO2复合光催化剂增效催化降解亚甲基蓝

首次利用旋涂法将CuMnO_2纳米晶负载于TiO_2纳米棒阵列薄膜上,制备出光催化性能增强的CuMnO_2/TiO_2复合光催化剂,并考察了样品对亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能。研究结果表明,CuMnO_2纳米晶和TiO_2纳米棒之间形成p-n异质结结构,能够有效促进电子和空穴的分离,使得CuMnO_2/TiO_2复合光催化剂具有更高的光催化性能。采用浓度为0.25 g/L的CuMnO_2悬浮液制得的CuMnO_2/TiO_2复合材料的光催化降解效率最高,其光催化效率和表观速率分别为88%和0.298 6 h~(-1),较纯TiO_2提高约26%和80%。     

可见光响应的TiO2双层纳米棒阵列制备及其光催化性能研究

采用磁控溅射辅助二次水热法,在掺杂氟的SnO_2透明导电玻璃基底上制备出可见光响应的TiO_2双层纳米棒阵列。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-DRS)、X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的晶体结构、微观形貌、光吸收性质及化学组分价态进行了表征;以甲基橙为目标降解物,对样品在可见光下的催化性能进行了研究。结果表明:双层阵列由金红石相TiO_2一维纳米棒构成,溅射沉积的TiO_2纳米颗粒为上层纳米棒阵列生长提供晶种,使其生长更致密;并且由于其内部Ti3+和氧空位缺陷态的存在,将阵列的光谱吸收范围拓宽至可见光区域。TiO_2双层纳米棒阵列在可见光照射下对甲基橙的降解率相比纯TiO_2纳米棒阵列提高了67%,表现出良好的光催化性能。     

CuO/TiO_2异质多孔纳米结构的制备及其光催化性能

以Cu(OH)_2纳米棒阵列为前驱体,钛酸四丁酯为钛源,采用外向包覆合成法,利用Cu(OH)_2自身热分解产生的微量水分子与负载在其表面的钛酸四丁酯缓慢反应,制备了CuO/TiO_2异质多孔纳米结构,并研究了产物对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能。结果表明,得到的产物薄膜为直径2~4μm的微孔组成的多孔纳米结构,微孔的孔壁由直径500nm左右的纳米棒组装而成。产物CuO/TiO_2异质多孔纳米结构比纯TiO_2纳米结构对RhB有更好的光催化降解性能,这主要是由两方面的原因引起的:一方面,CuO/TiO_2异质多孔纳米结构具有更好的吸附性能和更大的比表面积;另一方面,产物CuO/TiO_2为异质复合纳米结构,异质结的存在能有效地降低光生电子空穴对的复合,从而提高产物的光催化降解效果。     

ZnO纳米棒阵列膜在低功率UV照射下润湿性可逆转换机制研究

通过水热合成、硬脂酸修饰的方法制备了超疏水性ZnO纳米棒阵列膜。该膜经低功率紫外辐照后,表面润湿性转变为超亲水性;在暗室中放置一段时间,则又恢复为超疏水性。ZnO纳米棒阵列膜样品经UV辐照后通过FT-IR分析发现其疏水性硬脂酸并未发生明显地光降解,这表明紫外诱导的表面润湿性转变并非由光催化去除有机物导致。继而通过对样品的XPS研究发现,氧空位(VO)在膜表面润湿性的转变中发挥了重要作用。提供了一种研究紫外诱导ZnO纳米棒阵列膜表面润湿性可逆转换机制的新途径。     

SrTiO_3/TiO_2复合薄膜的制备及其光电性能研究

采用电化学-水热技术,以Sr(OH)_2为锶源,TiO_2纳米管阵列为钛源,制备了SrTiO_3/TiO_2阵列复合薄膜,考察了水热时间对薄膜的组成、结构和光电性能的影响。结果表明,水热2h可以得到结晶度高、具有良好光吸收性能和光电转换性能的SrTiO_3/TiO_2复合薄膜,其光电流密度高达55μA/cm~2,是纯TiO_2纳米管阵列膜的2.5倍。     

Mg中间层对纳米钛表面TiO2薄膜微结构和动态凝血时间的影响

采用直流磁控溅射技术在纳米钛表面沉积Mg/TiO_2双层薄膜,研究了Mg中间层对纳米钛表面TiO_2薄膜微结构、动态凝血时间和界面结合力的影响。结果表明,Mg中间层对纳米钛表面TiO_2薄膜微结构、动态凝血时间和界面结合力有显著影响。预制Mg中间层后,纳米钛表面TiO_2薄膜由金红石相(含少量锐钛矿)转变为MgTiO_3、Ti_2O_3和少量金红石相;纳米钛表面TiO_2薄膜沿Mg膜晶界生长成微米级团簇,而团簇内部具有纳米畴特征;纳米钛表面TiO_2薄膜的凝血时间由17 min提高到40 min;纳米钛表面TiO_2薄膜的界面结合力由17N提高到36 N。     

TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构的制备及光电性能

采用两步水热法在无种子层的基础上制备了新颖的TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构。采用旋涂辅助连续离子反应方法分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构中沉积窄禁带半导体光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO分级纳米结构复合膜。利用SEM、TEM、XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等分析手段对样品的形貌结构以及电极的光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,沉积光敏层CdS后,TiO2纳米棒-ZnO纳米片分级纳米结构膜的瞬态光电流明显高于TiO_2纳米棒阵列膜,尤其是在500nm处光电响应出现明显增强;以P3HT为p型聚合物材料组装杂化太阳电池,光伏性能测试结果表明,以P3HT/CdS/TiO_2-ZnO分级结构复合膜制备的杂化太阳电池能量转换效率可达0.65%,与P3HT/CdS/TiO2复合膜制备的杂化太阳电池的能量转换效率相比提高了58%。     

SnO_2复合薄膜甲烷气敏传感器研究进展

甲烷是具有稳定四面体分子结构的碳氢化合物,其键能大、分解困难且活性低,是煤矿安全生产的主要障碍及一种温室气体。SnO2半导体薄膜制备工艺简单、成本低廉、性能稳定,是甲烷传感器研发的主流气敏材料。科技人员进行了很多相关研究以提高传感器的性能,如新气敏材料的研究、催化剂/添加剂的使用、气敏机理的探索、传感器结构改进及气敏膜的表面修饰改性等。本文从气敏膜制备与改性、传感器结构设计及气敏机理研究三个方面,综述了近年来SnO2复合薄膜甲烷传感器的研究进展,结果表明:①应开发复合型金属氧化物半导体及高分子气敏材料,以提高灵敏度、选择性与稳定性;②研发微型智能传感器是未来发展的主要方向,而自组装技术应可用于制备金属氧化物半导体薄膜气体传感器微纳阵列;③气敏机理应与实验测试、材料设计及器件制备进行对照研究。     

场发射压力传感器的研究进展

对现有场发射压力传感器的各种结构形式和研究现状进行了综合比较 ;从压力测量范围、阴极发射电流强度及阴阳极对准键合等方面分析传感器的改进途径 ;讨论了在阴极发射体阵列上淀积纳米硅薄膜 ,提高器件灵敏度的设想。     

场发射压力传感器的研究进展

对现有场发射压力传感器的各种结构形式和研究现状进行了综合比较；从压力测量范围、阴极发射电流强度及阴阳极对准键合等方面分析传感器的改进途径；讨论了在阴极发射体阵列上沉积纳米硅薄膜，提高器件灵敏度的设想。     

微波辅助一步合成ZnO纳米棒及其气敏性能

以Zn(NO_3)_2为锌源、CTAB为表面活性剂,在微波辐照下90℃反应30min即可一步合成ZnO纳米棒,利用TG-DTA、XRD、SEM对合成材料的相组成及微观结构进行表征,并测试了纯ZnO及Pd修饰ZnO纳米棒的气敏特性。结果表明,微波辅助一步合成的ZnO纳米棒属于纤锌矿型六方晶系,直径为100～800nm、长度约2～3μm;对H_2S气体有较高的响应,但选择性不佳;利用贵金属增敏剂Pd(0.5wt%)来修饰ZnO纳米棒可显著提高其对H_2S气体的响应和选择性,并降低其工作温度,使其有望用于开发低温型高灵敏度的实用H_2S气体传感器。     

TiO_2纳米颗粒/纳米棒阵列复合薄膜的制备及其光电催化性能

以金属钛箔为钛源,采用双氧水和盐酸体系,通过水热法制备合成TiO2纳米棒阵列薄膜,并通过调节双氧水和盐酸的用量,调控TiO2纳米棒阵列薄膜的微观形貌和物相构成。结合溶剂挥发自组装法将TiO2纳米颗粒引入纳米棒阵列中,得到复合型TiO2光催化剂。以亚甲基蓝为模拟污染物,考察TiO2复合薄膜的光催化活性。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)测试对TiO2复合薄膜的物相和表面形貌等进行了表征,并采用电化学交流阻抗法(EIS)分析其表面电荷转移特性。TiO2纳米颗粒/纳米棒阵列复合薄膜在光电协同条件下,展示出高的光电催化活性。     

Ag/TiO2纳米管阵列等离子体光催化剂的制备及性能研究

以阳极氧化法制备的二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列为基底,利用化学还原法制备了不同银(Ag)含量的Ag/TiO_2复合薄膜,并对其进行表征。结果表明,化学还原法有利于Ag纳米颗粒在TiO_2纳米管上的均匀分布,Ag能产生表面等离子体共振吸收,有效增强TiO_2纳米管阵列对可见光的吸收能力,Ag的修饰大幅度提高了TiO_2纳米管阵列对气相苯的光催化降解活性,在光催化反应80min条件下,Ag含量为2%(wt,质量分数)制得的Ag/TiO_2复合薄膜光催化活性最佳,对气相苯的降解率达到97%。     

Ag纳米粒子在一维壳核式P3HT/CdS/TiO_2太阳电池中的应用

采用水热法在FTO导电玻璃上生长TiO_2纳米棒阵列膜,然后在CdCl_2和Na_2S水溶液中循环浸泡反应制备CdS/TiO_2壳核式纳米结构,利用电化学方法于光敏层CdS中引入了贵金属Ag纳米粒子,并将Ag纳米粒子沉积于两层CdS纳米晶壳层之间形成三明治结构,以避免Ag纳米颗粒直接暴露成为光生电荷的复合中心。在不同CdS/Ag/CdS光敏层厚度的TiO_2纳米阵列中旋涂P3HT薄膜组装杂化太阳电池,探索了Ag纳米粒子沉积量对电池光吸收性能及光伏性能的影响。结果表明,在光敏层中适量电沉积Ag纳米粒子电池光电转换效率可以达到0.13%,与没有贵金属沉积的电池结构相比可以提高28%。     

Sb_2S_3纳米粒子敏化TiO_2分枝纳米棒阵列杂化太阳电池的研究

采用两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备TiO_2分枝纳米棒(B-NR)阵列。利用低温化学浴沉积法(CBD)在TiO_2分枝纳米棒阵列(B-NRA)基底上沉积Sb_2S_3纳米粒子(NPs)。接着分别旋涂P3HT和Spiro-OMeTAD组装成TiO_2(B-NRA)/Sb_2S_3/P3HT/Spiro-OMeTAD为光活性层的杂化太阳电池。通过对杂化太阳电池的光电性能测试,结果表明,TiO_2分枝纳米棒阵列具有高的吸光强度,较大的比表面积和多级电荷传输通道,由TiO_2(B-NRA)/Sb_2S_3/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率(PCE)是4.67%。     

ZnO纳米棒阵列和薄膜的同步外延生长及其光电化学性能

使用化学气相沉积法在a面蓝宝石衬底上同步外延生长氧化锌(ZnO)竖直纳米棒阵列和薄膜,研究了阵列和薄膜的光电化学性能。结果表明,纳米结构中的竖直单晶纳米棒有六棱柱形和圆柱形,其底部ZnO薄膜使竖直纳米棒互相联通。与ZnO纳米薄膜的比较表明,这种纳米结构具有优异的光电化学性能,其入射光电流效率是ZnO纳米薄膜的2.4倍;光能转化效率是ZnO纳米薄膜的5倍。这种纳米结构优异的光电化学性能,可归因于其高表面积-体积比以及其底部薄膜提供的载流子传输通道。本文分析了这种纳米结构的生长过程,提出了协同生长机理：Au液化吸收气氛中的Zn原子生成合金,合金液滴过饱和后ZnO开始成核,随后在衬底表面生成了ZnO薄膜。同时,还发生了Zn自催化的气-固(VS)生长和Au催化的气-液-固(VLS)生长,分别生成六棱柱纳米棒和圆柱形纳米棒,制备出底部由薄膜连接的竖直纳米棒阵列。