氧化鎳-硅復合納米線陣列的制備與性能研究.pdf

1、硅基納米復合體系不僅擁有硅納米材料的諸多特性,同時還綜合了復合體系中各組分材料的相關性質,因而具有更為卓越的綜合性能。硅基納米復合材料的種類繁多,目前科學工作者對它們中的某些特定體系的性能也有了較為深入的研究。在硅基納米復合體系中,硅納米線有序陣列與金屬氧化物的復合體系雖然已經開始研究,但是報道并不多見。氧化鎳是一種p型半導體材料,其化學性能穩(wěn)定,物理性能優(yōu)良,環(huán)境友好度高,價格低廉且易于產業(yè)化,在超級電容器及氣敏性器件等方面擁有廣闊的

2、應用前景。本文選擇了氧化鎳材料與硅納米線有序陣列進行復合,制備出了氧化鎳-硅復合納米線陣列,并研究了該復合結構在超級電容器和氣敏性元件方面的性能,具體研究內容如下:
　　1.以四種不同型號的n型硅片為原材料,通過銀離子催化腐蝕法制備了硅納米線陣列結構。以制備的硅納米線陣列結構為模板,化學鍍覆鎳層,然后在空氣中,350℃與450℃條件下退火1h,獲得了氧化鎳-硅復合納米線陣列。對樣品進行相關表征,結果表明:(1)硅納米線陣列的生長方

3、向與硅片的晶向相同,硅納米線的直徑與硅片的電阻率相關,且電阻率越大,硅納米線的直徑越大。(2)以n(100),電阻率為1~10Ω·cm型號硅片制備出的氧化鎳-硅復合納米線陣列取向性最優(yōu)。該結構中,硅納米線垂直于硅基底,納米線長度為45μm,直徑在30~300nm之間;(3)氧化鎳-硅復合納米線陣列結構中,氧化鎳顆粒的平均晶粒尺寸與退火溫度有關,當退火溫度350℃時,晶粒尺寸約為13nm,450℃時為16nm。
　　2.將不同溫度下

4、退火得到的氧化鎳-硅復合納米線陣列制備成電極進行電化學性能測試,包括循環(huán)伏安曲線測試,恒電流充放電測試,交流阻抗測試。測試結果表明:氧化鎳-硅復合納米線陣列具有良好的循環(huán)性能,較高的比電容和較低的內阻。在放電電流為2.5mA時,最大比電容可達到787.5F·g-1,經過500次充放電循環(huán)后,其電容量損失僅為4.0％;其等效內阻為3.1Ω。該復合結構材料將會在電化學電容材料方面有廣闊的應用前景。
　　3.將不同溫度下退火得到的氧化鎳