無鉛壓電納米陣列的可控生長及太赫茲波輻射探索

《無鉛壓電納米陣列的可控生長及太赫茲波輻射探索》是依託湖北大學，由顧豪爽擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：無鉛壓電納米陣列的可控生長及太赫茲波輻射探索
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：顧豪爽
• 依託單位：湖北大學

項目摘要

採用壓電納米材料作為THz波激發源能夠突破目前光電晶體THz波源輻射波段偏窄、輻射功率偏低的瓶頸。本研究提出一種採用預圖案Si基片，結合溶膠-凝膠水熱法大面積生長長徑比和線間距可控、具有特定取向的改性(Na0.5Bi0.5)TiO3 (NBT)無鉛壓電納米線陣列。研究改性NBT納米線溶膠-凝膠水熱過程中定向生長的熱力學和動力學機制。通過A位或B位離子取代提高NBT無鉛納米材料的壓電係數和載流子遷移率，製備出具有1-10THz波寬頻輻射能力的NBT納米陣列，並探索其陣列結構對THz波輻射的影響規律，揭示壓電納米陣列的THz波輻射機理。本項目的順利實施不僅有助於認識NBT壓電納米陣列受飛秒脈衝的激發輻射THz電磁波的超快過程中所蘊涵的物理機制,而且對製備其它尺寸可控的單晶納米陣列並進行其光學、電學、磁學等方面新功能的套用探索也具有重要的理論和實踐指導意義。

結題摘要

採用水熱合成、靜電紡絲、電化學沉積和熱氧化工藝實現了無鉛壓電納米材料、半導體氧化物納米線以及貴金屬納米陣列的可控制造，研究了納米材料的微結構、物相、壓電特性以及THz輻射特性，並初步探討了壓電納米材料的生長機制，獲得的主要結果如下：(1) 採用磁控濺射和兩步陽極氧化法製備了基於Si片的AAO模板，通過調整氧化電壓和擴孔時間調整AAO模板的幾何尺寸，獲得了基於Si基片AAO模板的孔間距和孔徑與氧化電壓之間的關係；(2) 採用溶膠-凝膠AAO模板法製備了無鉛壓電BNdT和KNN納米管陣列，所製備的納米管在軸向上均表現出明顯的室溫鐵電壓電性能，且適當的Nd3+離子摻雜能明顯改善BIT的剩餘極化強度及飽和極化強度；(3)利用脈衝電化學沉積工藝製備了貴金屬Ag和Au納米線陣列，比較了純氧化鋁膜和含氧化鋁膜的Ag納米線陣列對THz輻射特性的影響，發現Ag納米線對THz增透表現出一定的頻率回響和增透幅度；(4) 在聚合物輔助水熱生長條件下，採用水熱法實現了KNN和KTN無鉛壓電一維納米材料的取向生長，從熱力學和動力學角度探討了一維納米材料的取向生長機制；(5) 採用靜電紡絲工藝製備了NBT及KNN納米纖維，通過叉指電極的設計獲得了絕緣襯底上平行排列的KNN納米纖維，利用PDMS進行封裝並組裝成機電轉換元件，研究了無鉛壓電KNN納米纖維的機電轉換特性；(6) 以金屬Nb箔片為襯底，通過調整熱氧化工藝或水熱合成工藝，分別實現了Nb2O5納米線網路或納米棒陣列的取向生長，並組裝成Pt/ Nb2O5納米線氫敏元件，室溫下對氫氣表現出靈敏度高、回響速度快和選擇性好的特性，並從理論上分析了室溫氫敏的物理機制，表明Nb2O5納米線網路或納米棒陣列是一種很好的室溫氫敏材料。