氧化鋅納米線陣列水熱法合成及其光電探測和超疏水性能研究.pdf

1、氧化鋅（ZnO）一維納米材料一方面具備了氧化鋅作為直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料的特性：大的禁帶寬度（3.37 eV）、高激子束縛能（60 meV）、高電子遷移率、高擊穿電壓和電子飽和速度、化學(xué)性能穩(wěn)定、抗輻射能力強；另一方面其同時具備了一維材料獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢：大的比表面積，對軸向傳播的電子與光線起到束縛作用。這使得氧化鋅一維納米材料在電子、光電子、超疏水材料和氣敏材料等方向擁有廣泛的應(yīng)用前景。本文以具有陣列式的ZnO一維納米線材料為研究重點

2、，分別在材料的水熱法合成及其在光電探測器件和超疏水材料方面開展了以下的研究工作：
　?。?）采用水熱沉積的方式在不同的基底（硅片、ITO玻璃、GaN基片）上制備了垂直于襯底的氧化鋅納米線陣列。通過改變反應(yīng)時間、前驅(qū)體濃度、添加劑種類（聚乙烯亞胺（PEI）、氨水）等條件調(diào)控氧化鋅納米線的生長工藝。通過掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）和X射線電子衍射（XRD）等手段對制備的ZnO材料進行分析表征。在此基礎(chǔ)之上，通過光刻技術(shù)實現(xiàn)了

3、在硅基及聚二甲基硅氧烷（PDMS）上制備生長位置可控的氧化鋅納米線陣列；利用原子層沉積（ALD）的方法制備出具有分級結(jié)構(gòu)的氧化銅-氧化鋅和氧化鎢-氧化鋅納米線陣列。上述實驗結(jié)果為后續(xù)在光電探測及超疏水的性能研究及器件制作提供了基礎(chǔ)。
　?。?）利用聚焦離子束制備了單根氧化鋅納米線的紫外光電導(dǎo)探測器件，通過比較具有不同直徑納米線器件的性能，直徑小的納米線具有更高的光暗電流比。利用在ITO玻璃上生長的氧化鋅納米線陣列制備了垂直式紫外光

4、電導(dǎo)探測器，相較于單根器件，陣列式器件工藝簡單、利于大規(guī)模制備。利用多孔碳模板，在ITO玻璃上制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的單晶氧化鋅納米線陣列，并制作了垂直式的光電導(dǎo)探測器。相較于普通氧化鋅納米線，多孔氧化鋅納米線一方面具有更大的比表面積，增強了表面態(tài)對納米線電學(xué)性能的影響；另一方面多孔結(jié)構(gòu)增強了材料對光的散射作用，從而增強了材料對光的吸收。這些特性使得多孔氧化鋅納米線光敏電阻擁有更高的開關(guān)比。
　?。?）通過兩次水熱法生長制備出類似于自

5、然界疏水植物表面具有兩重粗糙度結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米線陣列。經(jīng)過表面疏水修飾后，氧化鋅納米線薄膜表現(xiàn)出良好的超疏水特性，同時具有與水極小的粘附性以及穩(wěn)定的超疏水特性。在此基礎(chǔ)之上更進一步，利用自下而上的水熱生長工藝與自上而下的光刻、刻蝕工藝相結(jié)合的方法制備出具有三重粗糙度結(jié)構(gòu)的疏水薄膜。通過與低維粗糙結(jié)構(gòu)的疏水薄膜對比，三重粗糙度結(jié)構(gòu)的超疏水薄膜表現(xiàn)出最好的超疏水特性，擁有最高的接觸角、最小的滾動角和最強的抗沖擊性能。表明通過增加超疏水薄膜的

6、粗糙維度能夠有效提高其的超疏水性能。
　?。?）結(jié)合對氧化鋅光電探測及超疏水特性的研究，制備了一種同時具備紫外光電探測及超疏水性能的多孔氧化鋅薄膜。以多孔碳薄膜為模板，通過原子層沉積的方式在多孔碳表面沉積氧化鋅薄膜，經(jīng)過高溫煅燒去除掉碳模板后制備出具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氧化鋅薄膜。該方法工藝簡易，易于大規(guī)模生產(chǎn)。經(jīng)過表面疏水處理后多孔氧化鋅薄膜同時具備了紫外光電探測及超疏水特性。這種具有自清潔功能的紫外光電探測器有望在更惡劣的環(huán)境中獲