《ZnO納米棒/石墨烯異質結構的製備、調控及電光性能研究》是依託西北大學，由范海波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：ZnO納米棒/石墨烯異質結構的製備、調控及電光性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范海波
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
ZnO納米棒具有優異的光學性質，石墨烯具有優良的電學性質並且可變形，製備出高質量ZnO納米棒/石墨烯異質結能夠發揮兩者協同效應，有望在高性能柔性光電子器件中實現重要套用。然而，目前的研究僅限於該異質結構在相關器件中的性能最佳化嘗試，對於異質結本身的科學問題卻研究甚少。本項目以MOCVD和CVD分別為ZnO和石墨烯的製備方法，通過研究該異質結構的製備工藝參數，致力於在柔性可形變石墨烯上獲得具有高晶體質量、結構穩定的ZnO納米棒陣列；揭示異質結界面處的原子排列方式，探明O和Zn預沉積方式對ZnO納米棒晶體質量、維度、附著力度等的影響規律；獲得ZnO納米棒/石墨烯異質肖特基勢壘高度及其影響因素，明確異質結電學和光學性能的影響因素，並闡明其影響機理。本項目旨在揭示ZnO納米棒/石墨烯異質結的製備和調控方法以及其內在電學、光學物理規律，為新型高效光電器件的設計和開發奠定理論和技術基礎。
結題摘要
半導體氧化物薄膜因其優異的光學和電學性質在太陽能電池、光催化劑、發光二極體、雷射器、薄膜電晶體以及感測器等方面有許多潛在套用。其中，氧化鋅和氧化鈦因為無毒、穩定性好和性能優異等特點而備受關注。如何通過改善製備工藝和最佳化器件結構來提高材料性能一直是人們的追求目標。本項目採用MOCVD、磁控濺射、PLD以及化學法等技術製備了ZnO、TiO2、PbI2等薄膜，並對其晶體質量、光學以及電學性能進行了研究。這種研究對於了解薄膜生長特性、薄膜性質以及進一步開拓其實際套用具有重要指導意義。本項目主要取得以下研究成果。 1. 採用MOCVD技術，通過調節二乙基鋅和氧氣流量的大小可以控制ZnO薄膜的生長模式，通過改變源載氣流量，可以實現納米棒直徑的改變，從150nm到20nm，均勻性良好。探索了SOI襯底代替Si襯底作為ZnO薄膜的外延襯底材料的可行性。 2. 採用濕法製備出了毫米長度量級的多層石墨烯納米帶。研究了不同NaOH溶液濃度對氧化石墨烯還原特性的影響，不同的NaOH/GO質量比會嚴重影響石墨烯的形貌，依次從薄片狀變為褶皺裝、帶狀和分離帶狀。 3. 研究了濺射功率和退火工藝對TiO2薄膜性能的影響。濺射功率增大，薄膜的結晶性能變好且內應力得到釋放，吸收帶邊向長波長方向移動，有利於提高薄膜的光催化性能。退火溫度的升高使二氧化鈦的晶相由銳鈦礦向金紅石轉變，600 ℃時為兩相共存，銳鈦礦相表現出了更好的光催化性能。 4. 研究了C-Mo雙摻雜對TiO2薄膜光催化性能的改善作用。製備了不同摻雜濃度的濺射靶材，再採用磁控濺射方法製備了不同摻雜濃度的TiO2薄膜，當摻雜質量濃度為0.01%時，所得薄膜具有最小的禁頻寬度和最佳的光催化性能。 5. 採用PLD技術在玻璃襯底上製備了PbI2薄膜，研究了不同薄膜厚度的光學吸收特性，推算了禁頻寬度，並對其橫向和縱向電阻率進行了測試。 6. 採用PLD技術在藍寶石襯底上製備了Ti2O3薄膜，通過XRD和TEM分析了外延薄膜與襯底的晶面對應關係，利用紫外-可見分光光度計測試了其吸收和透過特性，利用變溫霍爾效測試了其電學性能。 7. 通過XPS測試了TiO2/FTO異質結界面的能級不連續差，並且研究了退火對帶價大小的影響，發現退火使得導帶帶階增大，而這種增大導致異質結間的接觸電阻也隨之增大。
