《金字塔形氧化鋅納米陣列的調控制備及敏感性質研究》是依託重慶大學，由胡陳果擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金字塔形氧化鋅納米陣列的調控制備及敏感性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡陳果
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氧化鋅作為重要的半導體功能材料，具有極好的熱穩定性和獨特的力、光、電性質，對氧化鋅材料及器件的研究已經並將持續成為全球關注的熱點。利用納米陣列結構製備功能納米器件是今後氧化鋅納米材料研究的趨勢。本項目擬製備一種金字塔形氧化鋅納米陣列，其對光的反射率＜2.5%,呈深黑色，稱為黑氧化鋅。採用氯離子溶液刻蝕，在鋅箔上原位調控生長金字塔形氧化鋅納米陣列，並研究界面反應的調控因素和合成機理。研究金字塔形氧化鋅納米陣列中塔的尺寸、縱橫比和陣列密度變化對光吸收和導電性質的影響，並通過理論模擬計算這些因素與折射率梯度的關係。以金字塔形黑氧化鋅陣列為基礎，製備光敏、氣敏、焦電感測等器件原型，並對其相應的性能進行初探。該項研究具有自主智慧財產權，其研究成果將對基於氧化鋅納米陣列的功能器件的構建和實際套用方面提供很好的實踐基礎。同時利用黑氧化鋅作為模版，可以實現其他金屬和氧化物金字塔陣列結構的製備。
結題摘要
氧化鋅作為重要的寬頻隙半導體，在光電器件和染料敏化太陽能電池方面有著重要的套用前景。本項目從表面微結構出發，構建減少對太陽光的反射的納米陣列結構。主要開展了（1）通過溶液腐蝕法在鋅片上原位生長出金字塔氧化鋅納米陣列，獲得最低反射率＜2.5%，並證明了其低反射率歸因於由金字塔形狀引起梯度變化的折射率。（2）在不同襯底上生長氧化鋅納米陣列抗反層，研究其反射率。主要包括FTO透明襯底上製備ZnO納米線陣列，並將ZnO納米線陣列端頭用雷射處理成空心球形，用ZnO納米線搭建的金字塔形陣列，其反射率分別為＜15%, ＜50%, ＜5%。證明金字塔形具有更好的抗反射能力。在氮化鎵襯底上生長ZnO納米管陣列，通過納米管對光很高的捕獲能力降低其反射率，並在納米管陣列基礎上生長納米線搭建的金字塔陣列，其反射率進一步降低為＜3%。（3）對金字塔形氧化鋅納米陣列和納米線陣列的焦電性質做了研究。發現在200W鎢燈交替照射下，金字塔形氧化鋅納米陣列的電流可以發生2個數量級的變化，遠大於氧化鋅納米線陣列的電流變化，金字塔形納米陣列由於可以產生較大的偶極矩的變化和具有很好的散熱性能，使其在交替的熱輻照下產生比納米線陣列更大的焦電電流。（4）對ZnO納米陣列的光電效應研究。採用染料對ZnO進行敏化，使其能夠吸收大部分太陽光，加上其結構的抗反射作用，有效地利用太陽光，提高光電轉換。研究發現氧化鋅納米線陣列作為染料敏化太陽能電池的光陽極其光電轉換效率並不高，原因之一就是填充因子太低，通過TiO2包覆納米線使其電池的填充因子從0.38提高到0.71。採用雷射表面處理將納米線陣列端頭轉變為空心球的陣列，並用作光陽極，太陽光是透過導電玻璃襯底從氧化鋅的根部入射，再通過頂部的球體將太陽光反射回來，增大了納米線表面的染料吸收太陽光的幾率，獲得光電流從1.73mA增大到2.6mA。利用亞微米尺寸的多孔納米糰聚球製備薄膜，成功地將ZnO太陽能電池的效率提高到5%左右。對多孔納米糰聚球太陽能電池的時間穩定性作了長達半年的考察，發現光電流除了第一周時間有＜10%的衰減外，以後都能表現出穩定的工作狀態。（5）基於金字塔氧化鋅納米陣列的改性。基於金字塔形氧化鋅納米陣列進行Fe, Ni, Mn, Cu的摻雜，發現適量的摻雜，金字塔形可以被改變為納米棒陣列或是塔尖被削平，雜質能級導致光致發光發生改變，氧化鋅變成了稀磁半導體。
