《新型SnO2(ZnO:Sn)m超晶格納米線可控生長及發光與熱電性能研究》是依託西南交通大學，由曹寶寶擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型SnO2(ZnO:Sn)m超晶格納米線可控生長及發光與熱電性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曹寶寶
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
SnO2(ZnO:Sn)m納米線是申請人最近在InMO3(ZnO)m體系之外發現的一種新型超晶格材料，從未在體材料和薄膜材料中見到報導。因此，對於這種新材料的物理性能的探索需求非常迫切。在此基礎上，本項目設計兩種生長方案（熱蒸發化學氣相沉積和固態擴散相變）來研究SnO2(ZnO:Sn)m超晶格納米線的生長機理，首先實現SnO2(ZnO:Sn)m納米線的批量生長，進而通過最佳化生長參數，製備出具有不同生長方向及超晶格周期的SnO2(ZnO:Sn)m納米線。對SnO2(ZnO:Sn)m納米線進行巨觀的光致發光性能測試，理解其半導體能帶結構及性質。結合透射電子顯微學和微操作探針技術，實現對同一根納米線進行微觀結構表征以及導電導熱性能的測試，建立微觀結構與物理性能的直接關係。本項目的研究將為SnO2(ZnO:Sn)m超晶格納米線未來在納米器件中的實際套用奠定理論基礎。
結題摘要
ZnO和SnO2是非常重要的兩種半導體材料，一直以來人們認為ZnO-SnO2相圖中ZnO到Zn2SnO4之間是空白，Sn的含量增高只會導致Zn2SnO4的形成。2012年本人在JPCC上報導了一種新型超晶格納米線SnO2(ZnO:Sn)m，證實了在ZnO-Zn2SnO4之間還存在著一系列多型超晶格相。這種相從未在三維體材料和二維薄膜材料中報導過。然而，由於SnO2(ZnO:Sn)m納米線數量太少，無法進行進一步的深入了解。基於以上背景，本項目研究目的主要包括SnO2(ZnO:Sn)m納米線的可控合成以及其發光和熱電性能。我們取得了以下三個方面的重要進展： 1.闡明了ZnO-SnO2相圖中Sn摻雜ZnO的結構演變。我們觀察到了Sn-O層錯只存在於ZnO（001）面內，以及不同Sn-O層錯取向納米線的轉換過渡階段，發現Sn含量增加導致ZnO改變生長方向來暴露更多的（001）面，[001]方向生長的ZnO能容納更高密度的Sn-O層並且在軸向有更大的彈性來釋放Sn引入引起的結構畸變。 2.基於ZnO與SnO2(ZnO:Sn)m之間的取向關係，創新的用CVD的方法一次性合成ZnO/SnO2(ZnO:Sn)m異質結納米線陣列和高純超長SnO2(ZnO:Sn)m納米線陣列。XRD、拉曼光譜均發現新的特徵超晶格衍射峰和振動峰，光致發光性能測試發現超晶格材料在紫外激發下呈現380-600寬譜白光發射，頻率調製開爾文探針顯微學測量發現超晶格比ZnO的功函式平均低0.15-0.2eV。 3.通過前驅體凝膠包裹ZnO納米顆粒熱處理的創新工藝，首次合成了SnO2(ZnO:Sn)m超晶格納米顆粒，實現了該相的零維的合成。超晶格納米顆粒也呈現白光發射，並且對H2S氣體有著非常好的選擇性和超高的5ppb檢測極限。 本項目的實施填補了ZnO-SnO2相圖中富Zn段的研究空白，分別用CVD和化學方法兩種不同工藝開創了SnO2(ZnO:Sn)m超晶格納米線陣列和納米顆粒的全新合成工藝，揭示了新相SnO2(ZnO:Sn)m的本徵物性，發現了白光發射和高性能氣敏兩種潛在套用。
