低維硅基納米復(fù)合材料及光電應(yīng)用.pdf

1、本文首先綜述了低維硅基納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料研究的新進展。硅材料作為最重要的半導(dǎo)體材料，在信息和光伏領(lǐng)域都取得了很大的成功。硅材料的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其較窄的禁帶寬度、較低的生物毒性、資源豐富、價格相對低廉等特性。由于量子限制效應(yīng)的影響，納米硅結(jié)構(gòu)的材料光電性能都發(fā)生明顯的變化，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地拓寬。低維硅基納米結(jié)構(gòu)材料將開辟新材料開發(fā)以及應(yīng)用領(lǐng)域的新紀元。
　　 通過濕化學(xué)的方法制備了烷氧基修飾和硅氧基端基修飾的零維納米硅晶體，采用

2、透射電鏡(TEM)、傅里葉紅外變換吸收光譜(FTIR)、X-射線衍射光譜(XRD)等手段表征了納米硅晶體的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明所制得的納米硅粒子的粒徑約為3.4nm，量子限制理論計算得到其禁帶寬度約為3.7 eV；硅氧端基納米硅顯示綠色熒光，乙氧端基納米硅顯示藍色熒光。通過熒光壽命檢測等分析手段驗證了綠色熒光的發(fā)光機制源于電子、空穴域化的表面缺陷態(tài)，量子限制效應(yīng)理論計算得到納米硅域化后的電子空穴玻爾半徑分別為1.75 nm和1.49 nm。<

3、br>　　 通過濕化學(xué)的途徑，利用表面硅氯鍵的納米硅和酸化的碳納米管反應(yīng)制得了硅/碳納米管復(fù)合材料，然后采用TEM、FTIR、熒光發(fā)射光譜(PL)等手段對納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和熒光特性進行了表征。發(fā)現(xiàn)納米硅粒子通過共價鍵方式均勻地修飾在碳管的表面，同時納米硅和碳管復(fù)合后熒光發(fā)生明顯淬滅現(xiàn)象。通過熒光壽命衰減曲線發(fā)現(xiàn)納米復(fù)合材料的熒光壽命明顯小于納米硅的熒光壽命。經(jīng)過理論分析發(fā)現(xiàn)復(fù)合體系中納米硅和碳管之間存在福斯特能量轉(zhuǎn)移，其理論能量轉(zhuǎn)移

4、效率約為0.41，而通過動力學(xué)熒光壽命衰減曲線中納米硅熒光壽命分析得到能量轉(zhuǎn)移效率大約為0.37，兩者之間的誤差在合理的范圍之內(nèi)，證明了復(fù)合材料中的光致能量轉(zhuǎn)移過程。
　　 利用自組裝的方法制備了石墨烯/納米硅復(fù)合材料，開爾文力顯微鏡表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所制得的石墨烯厚度大約2.1 nm，約3-4層。研究了納米硅/石墨烯復(fù)合材料在不同的光照條件下的電勢隨光照的變化，初步討論了納米硅和石墨烯之間的光致電荷轉(zhuǎn)移過程。
　　 用金屬

5、催化腐蝕的方法制備了硅納米線陣列材料，并在其表面涂覆了一層氧化鋅溶膠凝膠，經(jīng)過熱處理制得了三維結(jié)構(gòu)的硅/氧化鋅核殼納米線陣列。采用掃描電鏡，透射電鏡，X射線衍射光譜，反射光譜等手段對其結(jié)構(gòu)和反射性能進行了表征，結(jié)果表明所制得的硅納米線的直徑約100 nm，長度約10μm，包覆的氧化鋅厚度約20-30 nm；硅/氧化鋅納米線陣列的反射率小于硅氧化鋅平面異質(zhì)結(jié)和硅平面的的反射率。進一步利用電化學(xué)工作站等研究手段研究了異質(zhì)結(jié)陣列的光催化性能，