Si基ZnO纳米结构异质结光伏器件的光电性能研究

采用化学气相沉积的方法在p型Si衬底上生长了n型ZnO纳米棒并在此基础上制备了Si基ZnO纳米结构异质结光伏电池。器件的平均反射率约为5%,电池具有良好的整流特性。同时发现取向较好的ZnO纳米结构的电池具有好的转换效率,最好样品的转换效率为2.6%,填充因子为45%。     

烧结温度对ZnO压敏陶瓷电性能的影响

为了获得高电位梯度氧化锌压敏电阻片,采用了传统陶瓷烧结工艺制备ZnO压敏电阻,研究不同烧结温度(1135~1155℃)对ZnO压敏电阻器电性能的影响。实验结果表明,随着烧结温度的增加,ZnO压敏陶瓷的晶粒尺寸增大,电位梯度降低且致密度提高。烧结温度为1135℃时,压敏电阻的电位梯度高达329V/mm,漏电流为8μA,致密度为96.4%。当烧结温度为1140℃时,压敏电阻的电位梯度为301V/mm,漏电流为4μA,致密度为96.6%。通过比较烧结温度为1135℃和1140℃的实验结果,发现烧结温度为1140℃时,ZnO压敏陶瓷的综合电性能达到最佳。     

ZnO纳米线的光致发光性及拉曼散射性能

利用物理热蒸发法通过控制载气流量和氧气流量制备出具有倒V字形尖端的ZnO纳米线,利用荧光光谱仪、拉曼光谱仪对ZnO纳米线的光致发光性能和拉曼散射性能进行了测试.结果表明:与其它形状的ZnO纳米线的光致发光性能不同,该ZnO纳米线在423～458 nm区域有二个宽频带强蓝光发射,在527 nm处出现一个非常弱的绿光发射,没有发现紫外光发射;相对于ZnO纳米粉,ZnO纳米线的拉曼光谱峰发生约3 cm-1红移,主要来源于光子限制效应.     

用QCM研究HMDS处理纳米ZnO的湿度测试对比

基于QCM的气体传感器具有灵敏度高、结构简单等优点,是有潜力的气体传感器.但是,存在着选择性差的问题,而工作过程环境气体因素,如水蒸汽、有机挥发性气体(VOCs)等的影响,是必须解决的问题.首先,以石英晶体微天平传感器(QCM)为测试平台,研究以纳米ZnO作为敏感膜的湿度检测敏感特性.实验结果表明:纳米氧化锌作为敏感膜,在一定的湿度范围内有很高的灵敏度和重复性.其次,用六甲基二硅胺烷(Hexamethyl disilazane,HMDS)对纳米ZnO膜进行处理时发现,与未用HMDS处理的纳米ZnO膜相比较,该纳米ZnO对湿度的响应敏感度明显降低,特别是在高湿度时.进一步的研究发现,用HMDS处理后的纳米ZnO膜对有机气体,如乙醇仍有很好的响应.该种特性可以被用来开发对水蒸汽具有抗干扰能力的气体传感器.     

Ga掺杂ZnO微米棒紫外光探测器的制备与特性

为了获得高性能和低成本的氧化锌(ZnO)基紫外光探测器,使用Ga掺杂ZnO(ZnO∶Ga)作为光敏层,采用水热法合成了不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒,Ga与Zn的原子比分别为0%(未掺杂),0.5%,1%,2%和4%。使用X射线衍射仪(XRD)测试所有样品的晶体结构,发现它们都为六方纤锌矿结构的ZnO。采用扫描电子显微镜(SEM)观察它们的形貌,都呈现棒状结构。进一步,制备叉指图案氟掺杂的氧化锡(FTO)导电玻璃基底,将不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒分别涂覆在FTO上,得到5种简单结构的紫外光探测器,系统研究了它们的性能。结果表明：所有ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器对365 nm紫外光表现出良好的响应。其中,1%Ga掺杂ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器性能最佳,经计算,在365 nm波长处,它的响应度、增益和比探测率分别为13.13 A/W (5 V),44.63 (5 V),3.31×10¹² Jones,响应时间和衰减时间分别为12.3 s和36.4 s。说明在ZnO微米棒中进行合适Ga掺杂能有效提高紫外光探测器的性能。该研究有助于基于ZnO∶Ga材料的...     

柔性衬底直流磁控溅射ZnO基高性能透明导电薄膜的制备及性能研究

采用直流磁控溅射法,以柔性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为基底,通过参数优化以求在室温下制备高性能ZnO/Ag/ZnO多层薄膜。实验中,使用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计、四探针电阻测试仪等仪器分别对ZnO/Ag/ZnO多层薄膜的微观结构、表面形貌、透过率及方块电阻进行测试及表征。结果表明,随着Ag层厚度增加,薄膜方块电阻急剧下降,通过改变ZnO层厚度,可有效调节薄膜光学性能,随着ZnO层厚度增加,可见光区平均透过率先增大后减小。引入品质因子FTC作为评价指标可知,当依次沉积ZnO、Ag、ZnO厚度为50nm、8nm、50nm时,薄膜光电性能最佳,其在可见光平均透过率为82.3%、方块电阻为2.8Ω/、禁带宽度为3.332eV。     

应用L-MBE方法制备ZnO薄膜的结构和光学特性

用激光分子束外延(Laser Molecular Beam Epitaxy,L-MBE)设备在p型Si(111)衬底上制备了不同衬底温度和不同氧压的ZnO薄膜,用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)分别对薄膜的结构和形貌进行了分析,用He-Cd激光(325nm)激发的光致发光测试系统对薄膜进行了荧光光谱分析。研究发现,在衬底温度为400℃,氧压1Pa左右所制备的ZnO薄膜表面比较均匀致密,晶粒生长较充分,有较高的结晶质量和发光强度。ZnO薄膜的近带边发射与薄膜的结晶质量和化学配比均有关系。     

本征ZnO纳米线的原位生长及其对痕量H_2S气体的敏感性

文中研究了通过低温水热法在微传感器表面原位生长不同直径的本征ZnO纳米线,用于痕量H_2S气体的检测,比较了不同尺寸ZnO纳米线传感器对H_2S的气敏性。实验结果表明:在150℃条件下,随着ZnO纳米线直径的缩小(200 nm→50 nm→20 nm),其对H_2S的气敏性显著提高。在相同H_2S气体浓度(5 ppm)下,50 nm ZnO纳米线的响应值是200 nm的5.4倍,检测下限为50 ppb,灵敏度均值达到6.4×10-2ppm-1;20 nm ZnO的响应值比50 nm ZnO的响应值进一步增大,检测下限达到10 ppb,是50 nm ZnO的5倍,检测灵敏度均值为2.0×10-3ppm-1,是50 nm ZnO的32倍。这些主要是由于纳米尺寸效应的影响。     

纳米ZnO填充PTFE复合材料的力学及摩擦学性能

通过机械搅拌和超声分散制备纳米ZnO填充PTFE复合材料,研究纳米ZnO填充量对复合材料力学及摩擦磨损性能的影响。结果表明:当ZnO质量分数小于3%时,复合材料的拉伸强度与纯PTFE相比略有增高;复合材料的密度、硬度、摩擦因数随ZnO填充量的增加而逐渐增大;当ZnO填充质量分数为1%～3%时,复合材料的磨耗量大幅下降,但若继续增加ZnO填充量,复合材料的磨耗量却变化不大。     

用湿化学法在石英玻璃衬底上制备ZnO纳米线阵列

运用湿化学法在石英玻璃衬底上制备了ZnO纳米线阵列,用SEM、XRD和分光光度计对其形貌、晶体结构和发光性能进行了表征。结果表明:所制备的ZnO纳米线为六角纤锌矿结构,其直径为60～200nm,长度为0.1～3μm;ZnO纳米线的光致发光(PL)峰值为380nm,在波段为340～380nm时有很强的吸收峰,具有优越的紫外光响应特性;ZnO纳米线阵列具有高度取向性。     

反应磁控溅射法制备ZnO/Al(O)/ZnO薄膜的光学和电学性能

采用反应磁控溅射法,通过控制中间层沉积时的氧气流量,在聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上制备了ZnO/Al(O)/ZnO薄膜,研究了氧气流量对Al(O)薄膜的微观形貌、表面粗糙度,以及对ZnO/Al(O)/ZnO薄膜光学和电学性能的影响。结果表明:随着氧气流量的增加,铝在ZnO薄膜表面由三维岛状生长转变为二维层片状生长,Al(O)薄膜表面粗糙度先增大后减小再增大,当氧气流量为6.7×10~(-3)cm~3·s~(-1)时最小;随着氧气流量的增加,ZnO/Al(O)/ZnO薄膜在较长波长范围内的透过率增大,方阻增大,霍尔迁移率和载流子浓度下降;综合考虑光学和电学性能,适宜的氧气流量为6.7×10~(-3)cm~3·s~(-1)。     

基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波器件

提出并制备了基于聚酰亚胺柔性衬底的声表面波(SAW)器件。在柔性聚酰亚胺衬底上低温反应磁控溅射沉积了ZnO压电薄膜;采用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,原子力显微镜等设备对ZnO薄膜进行了检测,结果表明:ZnO薄膜晶粒呈柱状生长并且(002)择优取向,膜粗糙度小于9nm,适合制作压电器件。在柔性衬底上制备了基于ZnO压电薄膜的SAW器件,该器件表现出良好的谐振性能。采用矢量网络分析仪检测器件的传输曲线,实验结果与仿真结果具有很好的一致性。随着波长减小,谐振频率和相速度增加,当ZnO厚度为4μm,波长为8μm时,器件的谐振频率为268MHz,相速度为2 144m/s,机电耦合系数为1.1%;当ZnO厚度增加时,此叠层结构的声表面器件的叠层声速也增加。     

ZnO压电薄膜及其SAW滤波器的制备及性能研究

采用磁控溅射方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了晶化良好的(002)取向的ZnO薄膜,用XRD、SEM表征薄膜的取向和显微结构.在ZnO薄膜上利用剥离技术制备了波长40 μm的AI叉指电极,电极厚度约为200nm,并利用矢量网络分析仪测量了ZnO薄膜声表面波特性,结果显示:声表面波中心频率为146.8MHz,声表面波在ZnO薄膜上的传播速度为5 872m/s.     

ZnO改性技术及其光催化性能研究进展

纯ZnO由于禁带宽度较大,太阳光利用率不足;光生电子空穴复合率较高等缺点在实际应用中受到限制。为了提高ZnO对太阳光的利用率以及抑制其光生电子空穴复合,对纯ZnO改性十分必要。首先综述了纯ZnO形貌控制的最新研究成果,研究结果表明通过控制制备工艺,生成特殊形貌,改变ZnO团聚的缺点,使得光降解效率增加。然后重点针对ZnO的分离子掺杂改性、贵金属沉积改性和半导体复合改性等相关改性研究进展进行了综述,研究结果表明纯ZnO改性后能有效提高其光催化性能。     

纳米ZnO填充尼龙1010复合材料的力学与摩擦学性能

采用热挤压方法制备了不同纳米ZnO添加量的尼龙1010(PA1010)复合材料,对其力学和摩擦学性能进行了试验研究.结果表明:添加少量纳米ZnO可以提高复合材料的抗拉强度、表面硬度和弹性模量;过量纳米ZnO造成复合材料抗拉强度的下降,原因在于纳米颗粒在尼龙1010基体内的分散均匀性变差,并在基体内部形成微裂纹缺陷;纳米ZnO最佳添加量为3.0%～5.0%,随ZnO添加量的增加复合材料的摩擦因数提高,磨损率有一定程度的降低,最多可达30%.     

在氧化铟锡导电玻璃上化学浴沉积ZnO纳米线

以Zn(NO_3)_2·6H_2O、六亚甲基四胺和聚乙烯亚胺(PEI)为原料,采用化学浴沉积法在沉积了ZnO种子层的氧化铟锡导电玻璃衬底上制备ZnO纳米线,研究了种子层沉积温度(150,200℃)以及PEI浓度(0～9.0mmol·L~(-1))、生长时间(3～12h)和水浴温度(65～95℃)对ZnO纳米线形貌和尺寸的影响。结果表明:在试验参数下均能成功制备得到ZnO纳米线;当种子层沉积温度为200℃,生长时间为9h,水浴温度为95℃,PEI浓度为4.5mmol·L~(-1)时,ZnO纳米线呈规则六棱柱状生长,并垂直排列于衬底上,且长径比最大,达20.56。     

草酸溶解-热解法制备ZnO粉体及其对NO2气敏性能

以草酸和Zn粒为原料,采用溶解-热解法制备纳米ZnO粉体.利用XRD和SEM对所合成材料的结构和形貌进行表征,采用静态配气法测试了ZnO对NO2、H2S、乙醇等8种气体的敏感性能.结果表明:利用该方法合成的ZnO为纤锌矿结构,粒径约为24 nm.该ZnO对NO2气体具有很高的灵敏度,在最佳工作温度290℃下,对体积分数为100×10-6的NO2气体灵敏度可达90.6,对体积分数仅为1×10-6的NO2气体仍有一定的灵敏度,同时该ZnO对NO2气体的选择性很好,对测试气体选择性系数均在6以上,且对NO2气体的响应-恢复时间较短,响应时间为4 s,恢复时间为20 s.     

不同基片掺杂氧化锌薄膜光学特性的对比研究

本论文阐述了不同基片掺杂ZnO薄膜的各种生长技术及原理,在玻璃和硅的衬底上采用磁控溅射的方法沉积ZnO薄膜,并用光谱仪设备分析和表征了它的反射率、光致发光性能。结果显示,相同基底掺杂不同材料ZnO薄膜所对应不同波段的反射率和光致发光性质是不同的。例如,玻璃基底上掺钇ZnO薄膜在紫外线波段反射率较好;硅基底上掺镁ZnO薄膜在紫光波段反射率较好;红光波段掺镁ZnO薄膜所对应的峰的强度最大,所对应的光致发光性能好。     

ZnO梁谐振仿真与分析研究

基于ZnO材料的半导体特性,制备了一款敏感元件为纳米尺度的谐振器.阐明了一维半导体材料静电激励场效应拾振的检测原理,利用COMSOL Mutiphysics耦合仿真分析软件,建立了ZnO谐振梁仿真模型.仿真分析了ZnO梁静电激振参数的对谐振特性的影响,优化得到最佳激振参数:交流0.01 V,沟道深度1.2μm.采用MEMS工艺制备了谐振器基底,利用转移工艺形成了长度50μm,直径550 nm的ZnO谐振梁元件,并通过FIB沉积技术形成欧姆接触.基于混频锁相原理,测量了ZnO谐振梁静电激振场效应拾振的幅频特性,结果表明该谐振梁特征频率为1.018 MHz,与仿真结果吻合.     

基于真空冷冻干燥法ZnO纳米粉体的制备及其气敏性能研究

为了探索真空冷冻干燥技术对制备ZnO气敏材料的应用价值,采用此方法制备了PVA-Zn(CH_3COO)_2·2H_2O泡沫板状前驱体,再分别以不同温度煅烧前驱体制备了ZnO纳米粉体,并将产物制成旁热式气敏元件。对产物进行XRD、SEM和TG-DSC表征并详细探讨了产物的气敏性能,结果表明纳米ZnO粉体的粒径随着煅烧温度的降低显著缩小,气敏性能显著升高。在500℃煅烧冷冻干燥前驱体得到的ZnO粉体平均粒径为40～100 nm,在工作温度为440℃时对300 ppm乙醇的灵敏度可达51.43。