氧化鎳-硅復(fù)合納米線陣列的制備與性能研究.pdf

1、硅基納米復(fù)合體系不僅擁有硅納米材料的諸多特性,同時(shí)還綜合了復(fù)合體系中各組分材料的相關(guān)性質(zhì),因而具有更為卓越的綜合性能。硅基納米復(fù)合材料的種類繁多,目前科學(xué)工作者對(duì)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(fù)合體系中,硅納米線有序陣列與金屬氧化物的復(fù)合體系雖然已經(jīng)開始研究,但是報(bào)道并不多見。氧化鎳是一種p型半導(dǎo)體材料,其化學(xué)性能穩(wěn)定,物理性能優(yōu)良,環(huán)境友好度高,價(jià)格低廉且易于產(chǎn)業(yè)化,在超級(jí)電容器及氣敏性器件等方面擁有廣闊的

2、應(yīng)用前景。本文選擇了氧化鎳材料與硅納米線有序陣列進(jìn)行復(fù)合,制備出了氧化鎳-硅復(fù)合納米線陣列,并研究了該復(fù)合結(jié)構(gòu)在超級(jí)電容器和氣敏性元件方面的性能,具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.以四種不同型號(hào)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(jié)構(gòu)。以制備的硅納米線陣列結(jié)構(gòu)為模板,化學(xué)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(fù)合納米線陣列。對(duì)樣品進(jìn)行相關(guān)表征,結(jié)果表明:(1)硅納米線陣列的生長(zhǎng)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(guān),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(hào)硅片制備出的氧化鎳-硅復(fù)合納米線陣列取向性最優(yōu)。該結(jié)構(gòu)中,硅納米線垂直于硅基底,納米線長(zhǎng)度為45μm,直徑在30~300nm之間;(3)氧化鎳-硅復(fù)合納米線陣列結(jié)構(gòu)中,氧化鎳顆粒的平均晶粒尺寸與退火溫度有關(guān),當(dāng)退火溫度350℃時(shí),晶粒尺寸約為13nm,450℃時(shí)為16nm。
　　2.將不同溫度下

4、退火得到的氧化鎳-硅復(fù)合納米線陣列制備成電極進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試,包括循環(huán)伏安曲線測(cè)試,恒電流充放電測(cè)試,交流阻抗測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:氧化鎳-硅復(fù)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(nèi)阻。在放電電流為2.5mA時(shí),最大比電容可達(dá)到787.5F·g-1,經(jīng)過500次充放電循環(huán)后,其電容量損失僅為4.0％;其等效內(nèi)阻為3.1Ω。該復(fù)合結(jié)構(gòu)材料將會(huì)在電化學(xué)電容材料方面有廣闊的應(yīng)用前景。
　　3.將不同溫度下退火得到的氧化鎳