若干一維納米結構材料的制備與應用研究.pdf

1、近年來，一維納米材料由于具有優(yōu)異的物理、化學、機械等性能而得到廣泛的研究。特別是一維納米材料的應用研究包括其納米材料性能測試，器件組裝，器件性能評估等成為了目前納米領域的研究熱點。本論文分別以有機M-TCNQ和無機ZnO兩種材料作為對象，研究了其一維納米結構的一些基本光/電特性，并基于這些特性制備相應的應用原型器件。主要研究分為以下幾個部分：
　　通過真空氣相法與溶液法兩種方法制備了形貌各異的M-TCNQ一維納米結構，并通過SEM

2、，XRD，Raman等手段表征了其形貌與結構特征。并分析了其制備過程中的生長機理。
　　測試了單根Cu(TCNQ)納米線的電學特性，發(fā)現(xiàn)單根Cu(TCNQ)納米線具有典型的電開關特性，納米線的阻態(tài)轉變電壓閾值與納米線在兩極之間的有效長度基本呈線性關系，討論了電開關過程中的時域響應。同時發(fā)現(xiàn)單根納米線的局域加熱作用會影響電開關過程，應此不同于常溫環(huán)境，在低溫條件下納米線的電開關效應是非易揮發(fā)性的。
　　采用兩種結構組裝完成了基

3、于Cu(TCNQ)納米線的過電壓保護器原型，分別為光刻孔洞結構與多孔氧化鋁AAO模板輔助結構。測試他們的組態(tài)轉變性能，同時通過將保護器與模擬帶保護元件10 k電阻R1并聯(lián)，在電壓超過閾值后，能有效的起到分流保護作用。
　　研究了M-TCNQ納米線陣列的真空場致發(fā)射性能，發(fā)現(xiàn)在基底有同質金屬緩沖層的存在下，M-TCNQ納米線能達到mA/cm2級別的發(fā)射電流。利用這一特點，我們制備了陰極為ITO/圖案化Cu膜/Cu(TCNQ)納米線的

4、場發(fā)射顯示原型器件。進行了熒光點亮測試，發(fā)現(xiàn)在施加電壓為1200 V時器件能達到最大亮度810cd/m2。
　　使用氣相法和溶液法兩種方法制備了ZnO一維納米線結構，得到了ZnO納米線陣列和四針狀納米晶須兩種結構，并對其形貌與結構進行了表征，同時討論了兩種方法的生長機理和工藝參數(shù)。
　　以上述制備得到的單根ZnO納米線作為材料，通過光刻lift-off工藝組裝了單根ZnO-納米線的背底型場效應管原型器件。器件的電學特性測試得

5、到ZnO納米線載流子濃度n=1.15×108 cm-1；電子遷移率μe=14.4 cm3/Vs，σ=0.26Ω-1cm-1。場效應管的上限截止頻率fH=1585 Hz，源漏之間極間電容C=25.4 pF。同時場效應管在紫外區(qū)域也有很強的光電響應特性。同時光電響應中，柵極電壓也能對樣品光電流的改變率和馳豫時間進行調制。
　　以制備得到的ZnO一維納米結構作為材料制備兩種氣敏傳感器。首先是以ZnO四針狀納米晶須壓片制備得到了酒精氣敏傳

6、感器，測試其在275℃工作溫度下對酒精有較大的靈敏度。另外對ZnO四針狀納米晶須進行了Ti離子摻雜，發(fā)現(xiàn)摻雜后的樣品的靈敏度比ZnO樣品平均高出一個數(shù)量級，在10 ppm的低濃度條件下都能獲得3.4的靈敏度。同時無論是響應還是恢復過程ZnO：Ti樣品均比ZnO樣品要快，這與ZnO晶格中Ti4+部分替代Zn2+而產(chǎn)生了Ti施主(Ti¨Zn)，從而會產(chǎn)生更多的電子有關。
　　第二是單根ZnO納米線構成的微腔氣敏傳感器，這里的微腔是指在

7、單根ZnO納米線器件上密封組裝成體積約為1 cm3的氣室用以快速交換探測氣體，實驗結果表明在室溫條件下，器件對5000 ppm的氧氣和乙醇靈敏度達1.3和1.5，對兩種氣體的響應時間小于10 s，恢復時間小于50 s。這比一般體材料與薄膜材料在室溫條件下的特性得到了大幅提高。同時分析單根器件的氣敏機理，得到其氣敏特性的改善是由于一維小尺寸材料在工作電流影響下自加熱效應。
　　利用CVD方法所制備的ZnO四針狀納米晶須作為發(fā)射體，采