鎳-硅納米線復(fù)合材料制備及應(yīng)用研究.pdf

1、在最近的幾十年里，低維納米結(jié)構(gòu)材料的制備、表征和應(yīng)用已經(jīng)引起人們極大關(guān)注，而硅基納米結(jié)構(gòu)材料更是因為具有與傳統(tǒng)集成電路工藝的兼容性以及相比體硅材料所顯現(xiàn)出奇異的物理和化學(xué)特性，成為制備微納電子器件最理想的材料之一，是當(dāng)前納米技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點問題。本文以未來“可集成微電源的多維一體化微納傳感器片上系統(tǒng)”為假定目標(biāo)，開展了如下幾個方面的研究工作：
　　 第一，開展有關(guān)金屬誘導(dǎo)化學(xué)濕法硅納米線(Silicon Nano Wires，

2、SiNWs)陣列制備和SiNWs表面無電鍍鎳(nickel，Ni)修飾機(jī)理的理論與實驗研究，并對制備的SiNWs和Ni/SiNWs樣品進(jìn)行掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)、X射線能譜（Energydispersive spectroscopy，EDS）、RCL數(shù)字電橋（Resistance R,Capacitance C,Inductance Z,RCL Didital Bridge）和

3、拉曼光譜(Raman spectroscopy)表征，其結(jié)果對未來低成本、圖形化SiNWs制備和表面修飾工藝的改進(jìn)有一定指導(dǎo)意義，也為硅基SiNWs的實踐應(yīng)用作了必要準(zhǔn)備。
　　 第二，開展Ni/SiNWs納米復(fù)合結(jié)構(gòu)材料電容型濕度傳感器應(yīng)用研究：在基于Lab View虛擬儀器構(gòu)建的金屬鹽飽和溶液標(biāo)準(zhǔn)濕度檢測系統(tǒng)上，對所制備的濕度傳感器樣機(jī)性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明該樣機(jī)在11.3％-97.3％相對濕度環(huán)境中最快響應(yīng)和恢復(fù)時間分別是

4、39s和24s，濕敏電容靈敏度高達(dá)～0.207nF/1％RH，線性相關(guān)系數(shù)R=0.94，長時穩(wěn)定性好。
　　 第三，開展基于Pd-Ni/SiNWs陣列催化電極的電化學(xué)乙醇傳感器應(yīng)用研究：通過在SiNWs表面進(jìn)行無電鍍Pd-Ni金屬薄膜的修飾改性，Pd-Ni/SiNWs陣列顯現(xiàn)出對乙醇的高度敏感性。把Pd-Ni/SiNWs陣列組裝成電流型電化學(xué)乙醇傳感器樣機(jī)后，在1 M KOH溶液中，該樣機(jī)對乙醇濃度的敏感性于循環(huán)伏安(cycli

5、c voltammetry，CV)測試技術(shù)下顯示出7.48mA mM-1 cm-2的靈敏度、線性檢測范圍0-20.4mM、線性相關(guān)系數(shù)R=0.98、檢測限可達(dá)6μM（3倍信噪比）；于-0.25V(Ag/AgCl參比電極)恒電位計時電流測試技術(shù)下的靈敏度達(dá)到0.76mA mM-1 cm-2，線性檢測范圍0-20.4mM、線性相關(guān)系數(shù)R=0.97、檢測限可達(dá)10μM（3倍信噪比）。
　　 第四，開展基于NiO/SiNWs陣列電極電化

6、學(xué)電容器應(yīng)用研究：通過在不同溫度下對所制備的Ni/SiNWs陣列于氧氣氛下采用直接快速熱退火氧化工藝制備NiO/SiNWs陣列電極，其中400℃環(huán)境下制備的NiO/SiNWs陣列電極于2MKOH溶液中顯現(xiàn)出良好電化學(xué)電容特性，其質(zhì)量比電容可達(dá)681Fg-1，能量密度可達(dá)85kJ kg-1，72h循環(huán)充放電后電容量損失不超過3％，有較好的循環(huán)使用壽命。
　　 第五，開展Ni/SiNWs陣列熱電功率器件應(yīng)用研究：首先選用重?fù)诫sSb的

7、<100>晶向n型硅晶片制備SiNWs陣列，然后通過無電鍍Ni薄層制備Ni/SiNWs陣列熱電功率器件樣機(jī)。測試結(jié)果顯示該樣機(jī)同時具有熱光電和熱電轉(zhuǎn)換能力，300K下，該Ni/SiNWs-Sb陣列Seebeck系數(shù)實測值為-273μVK-1，200K溫差下其熱電輸出功率密度可達(dá)7mW cm-2，理論估算的ZT值介于0.08和0.2之間；同時，該陣列在130mm透鏡積聚太陽光下的熱光電輸出功率可達(dá)18mW。
　　 總之，該課題的研