空間有序電紡ZnO納米纖維的研究

《空間有序電紡ZnO納米纖維的研究》是依託上海大學，由路秀真擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：空間有序電紡ZnO納米纖維的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：路秀真
• 依託單位：上海大學

中文摘要

基於靜電紡絲技術的ZnO納米纖維具有比表面積高、成本低廉的特點，適用作染料敏化太陽能電池（DSSC）光陽極材料。本項目旨在研究空間有序ZnO電紡納米纖維薄膜的製備及其在DSSC中的套用。擬採用雙陽極、雙陰極電紡系統，改變電紡體系的靜電場分布，通過選擇合適的溶液體系，最佳化物料參數和工藝參數製備定向排列的超細ZnO納米纖維，並研究電極相對位置對電場分布和ZnO納米纖維形貌、結構和性能的影響機制。採用外電場輔助高溫煅燒的方式，利用靜電場對晶粒取向的誘導作用，進行高晶粒取向的電紡ZnO納米纖維的研究，並分析外電場輔助燒結對ZnO納米纖維物理性能，尤其是光電性能的影響機理。製備ZnO納米纖維DSSC，研究ZnO納米纖維微結構對DSSC性能，尤其是光電轉換性能的影響及電子在ZnO納米纖維薄膜中的傳輸機制。

結題摘要

電紡ZnO納米纖維在染料敏化太陽能電池，感測器等領域有廣泛的套用前景。本項目採用靜電紡絲法研究空間有序ZnO納米纖維的製備和套用。完成了物料參數和工藝參數的最佳化，製備了直徑小於100納米的ZnO納米纖維；搭建了雙陽極雙陰極靜電紡絲系統，並通過對平行電場的分析對雙陰極收集裝置進行了改進，創新性的提出了摺疊鋁箔法，利用分裂電場對電紡絲溶液的作用，製備出了定向排列的ZnO納米纖維；在研究中發現，由於在ZnO結晶過程中對晶粒的引導作用需要的電場較高，在燒結過程中在高溫條件下，電場容易擊穿，降低電場強度和增加兩極間的距離後發現電場對引導ZnO晶粒的取向沒有起到預期的作用。考慮到實驗中的設備和實驗安全問題，我們調整了實驗方案，首次採用襯底引導的方法，在Si（100）襯底和AZO玻璃襯底上收集前驅體纖維，利用燒結時襯底晶格對ZnO結晶過程中晶粒的引導作用，製備了晶粒具有擇優取向的電紡ZnO納米纖維；在研究計畫進行的過程中，我們嘗試了加入磁場製備高晶粒取向ZnO納米纖維的研究，在高強磁場中燒結後發現纖維形貌已經早到破壞，形成了有單晶納米棒組成的海膽狀ZnO納米材料；首次通過對ZnO納米纖維進行較低溫度的熱處理得到了形貌各異的單晶ZnO納米棒簇；將ZnO納米顆粒和電紡ZnO納米纖維及電紡ZnO納米棒套用於DSSC陽極的製備中，分別得到了0.93%、1.25%和1.86%的能量轉換效率，說明ZnO納米纖維和ZnO納米棒材料比普通的ZnO納米顆粒在DSSC的套用中具有更大的優勢。