碳量子点修饰的二氧化钛纳米片阵列薄膜的构筑及光电化学性能*

为了提高纳米二氧化钛(TiO_2)的光电化学性能,首先采用水热法,以稀盐酸、钛酸丁酯和氟钛酸铵作为原料,在掺杂氟的氧化锡(FTO)导电玻璃上制备了(001)面主导的TiO_2纳米片阵列薄膜。通过电化学腐蚀法制得均一、稳定、高活性碳量子点(carbon quantum dots,CQDs),再通过电泳法将CQDs修饰到TiO_2纳米片阵列薄膜表面,形成CQDs/TiO_2纳米片阵列复合材料。利用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、 X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和紫外可见光谱(UV-vis)对复合材料的形貌、晶型、表面元素成分和光吸收能力进行表征,通过电化学工作站测试复合材料的光电化学性能。结果表明:CQDs/TiO_2复合材料为锐钛矿晶型,形貌规整均匀;CQDs修饰后TiO_2纳米片的最大吸收波长由388 nm增加到576 nm,光化学能转化率高达2.38%,光电流是TiO_2纳米片的8倍,交流阻抗减小,具有非常优异的光电化学性能。     

石墨烯场效应晶体管的光响应特性研究

采用电子束曝光和剥离工艺制备石墨烯场效应晶体管, 并研究其光电响应特性。结果表明, 当激光光斑(波长为633 nm)照射在金属电极边缘的石墨烯沟道时, 可测得明显的光电流。背栅电压能够有效调制光电响应, 可以改变光电流的大小和方向。在背栅调控下, 光电流出现饱和现象, 石墨烯晶体管的光响应度最大达到46.5 μA /W,可用于构建基于石墨烯的新型光探测器。     

原位碳包覆增强铜纳米线的化学稳定性

铜纳米线（CuNWs）具有成本低、导电性高、透明及柔韧性好等优点,且铜元素在地表储量丰富,是极为理想的电极材料,特别是用作于柔性及透明电极。然而铜纳米线稳定性差,极易被空气氧化和受化学环境腐蚀,这极大的限制了它们的实际应用。在本文中,我们提出了一种利用水热碳化方法在铜纳米线表面进行原位碳包覆的保护策略,可以有效地增强其化学稳定性。我们系统研究了影响碳膜生长的各种因素,包括葡萄糖前驱体浓度（碳源）、水热温度及水热时间等。我们发现在葡萄糖浓度为 80 mg·mL?1左右,水热温度为 160–170°C,水热时间为1–3 h的条件下,可以在铜纳米线表面均匀生长厚度为3–8 nm的碳膜。所制备的碳包覆铜纳米线（CuNWs@C）表现出优异的抗氧化和抗腐蚀稳定性,在光电子器件领域具有广阔的应用潜力。     

W掺杂和电化学表面处理制备高光电化学性能的BiVO4光阳极

通过滴涂的方法合成了W掺杂BiVO4光阳极。通过XRD、紫外—可见吸收光谱、扫描电镜(SEM)对BiVO4光阳极进行表征，并对BiVO4光阳极进行了光电化学表征。为了提高W掺杂BiVO4光阳极的光电性能，对W掺杂BiVO4光阳极的制备条件进行了优化。光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高W掺杂BiVO4光阳极的光电化学性能。说明W掺杂和电化学表面处理可以增加BiVO4光阳极光电流。并进行了BiVO4光阳极光电流增加的机理分析。     

利用金纳米晶等离子共振效应实现量子点敏化太阳能电池的光电流增强（英文）

近年来,金、银、铜等金属纳米颗粒被广泛应用在光电器件中,这些金属颗粒自身特有的光散射效应或等离子共振效应可以用来增强光电器件中的光电流,但较少有研究能够在一维纳米线阵列体系中直接观察到这种光电流产生和增强的现象.本文通过水热反应制备了TiO2纳米棒阵列,通过柠檬酸钠还原HAuCl4 3H2O的方法制备了直径约20 nm的金纳米晶.为研究金纳米晶在量子点敏化太阳能电池中的光电流增强效应,构筑了ZnS/CdSe/CdS/TiO2核-壳结构的纳米线阵列化光阳极.在该量子点敏化太阳能电池体系中,通过简单地引入金纳米晶,短路电流从7.788 mA/cm2增加到8.574 mA/cm2,增强了约10%;整个器件的光电转换效率从1.66%增加到1.73%,增强了约4.2%.这种增强效应主要来源于金纳米晶受到激发后电子向ZnS/CdSe/CdS/TiO2光阳极注入所导致.为进一步证实该结论,通过原位反应使所制备的金纳米晶与TiO2纳米棒阵列复合,构筑了单一的Au/TiO2复合体系,在可见光照射下,清楚地观察到了光电流产生现象;而单一的TiO2在可见光照射下,并不能产生光电流.     

Ag改性TiO_2纳米管阵列的光电化学性能研究

采用阳极氧化法及光沉积法制备Ag改性Ti O2纳米管阵列,采用XRD、SEM分析样品的晶型和形貌特征,并利用电化学工作站三电极体系通过I-E、光生电位、光电流响应及莫特肖特基曲线考察样品的光电化学性能。结果表明:Ti O2纳米管阵列的内径约为60 nm,管壁厚度约为30 nm,Ag颗粒粒径为15~20 nm;光沉积时间对Ag颗粒尺寸几乎没有影响,仅增加了Ag粒子的沉积量;Ag的改性能够有效地促进电子和空穴的分离,提高了对太阳光的利用率,在氙灯照射下,Ag-Ti O2纳米管阵列具有良好的光电化学性能,光电流达到0.28 m A/cm2,载流子密度ND为2.21×1022cm-3,光转化率可达到4.10%。     

Ag改性TiO_2纳米管阵列的光电化学性能研究

采用阳极氧化法及光沉积法制备Ag改性Ti O2纳米管阵列,采用XRD、SEM分析样品的晶型和形貌特征,并利用电化学工作站三电极体系通过I-E、光生电位、光电流响应及莫特肖特基曲线考察样品的光电化学性能。结果表明:Ti O2纳米管阵列的内径约为60 nm,管壁厚度约为30 nm,Ag颗粒粒径为15~20 nm;光沉积时间对Ag颗粒尺寸几乎没有影响,仅增加了Ag粒子的沉积量;Ag的改性能够有效地促进电子和空穴的分离,提高了对太阳光的利用率,在氙灯照射下,Ag-Ti O2纳米管阵列具有良好的光电化学性能,光电流达到0.28 m A/cm2,载流子密度ND为2.21×1022cm-3,光转化率可达到4.10%。     

原位钼修饰TiO_2/BiVO_4异质结薄膜的制备及其光电化学性能

针对TiO_2可见光响应能力不足、BiVO_4光生电子空穴分离能力弱的问题,制备了一种基于钼原位掺杂BiVO_4修饰TiO_2纳米管的高性能Mo-BiVO_4/TiO_2异质结光阳极.实验结果表明,钼掺杂后异质结电极材料的吸收带边约510nm,光电流密度在1.23Vvs.RHE偏压下达到1.48mA/cm2,与未掺杂钼的TiO_2/BiVO_4光电极相比,Mo-BiVO_4/TiO_2光阳极的光电转化效率提高了近50%,光电流密度提高了近2.5倍,光转化效率在0.95Vvs.RHE偏压下提高了2倍,且电极的稳定性较好.     

无平面结敏感区硅光二极管

研制了在平面ＰＮ结内无敏感区的硅光探测器，测量了这种新结构器件的光电转换特性，说明在光照下，器件的光电流不为零值。     

GaN基MSM结构紫外光探测器

在蓝宝石(0001)衬底上采用低压金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN外延层, 以此为材料, 制作了暗电流很小的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外光探测器. 测量了该紫外光探测器的暗电流和360 nm波长光照下的光电流曲线、光响应曲线和响应度随偏压变化的曲线. 该紫外光探测器在5 V偏压时暗电流为1.03 nA, 在10 V偏压时暗电流为15.3 nA. 在15 V偏压下该紫外光探测器在366 nm波长处的响应度达到0.166 A/W, 在365 nm波长左右有陡峭的截止边. 从0~15 V, 该紫外光探测器在360 nm波长处的响应度随着偏压的增加而增大. 详细地分析了该紫外光探测器的暗电流、光电流、响应度随偏压变化的关系.     

敏化TiO_2多孔薄膜电极的制备及其光电化学研究

以β环糊精(β-CD)为添加剂,通过改变β-CD的添加量,水热法制备多孔二氧化钛粒子,用XRD、N2adsorption-sorption等方法对其进行了表征.同时,利用这些颗粒制备出不同微观结构的纳米TiO2多孔薄膜,并利用电化学阻抗谱、光电流工作谱研究其敏化纳米TiO2多孔薄膜电极的光电化学行为.结果表明:随β-CD的加入量逐渐增加,电极的阻抗弧半径和TiO2/电解质溶液界面的转移电阻Rct数值逐渐变小、电容CPE数值及光电流IPh逐渐增大,当β-CD/TiO2=40%时,上述几个参数均为最佳值.     

光声技术测量液体吸收系数的数据仿真及实验验证

提出了用脉冲光声技术测量样品吸收系数的方法.首先假设光在某些样品中传播其强度是沿一指数曲线衰减.则探测器探测到的光声信号可看作是指数衰减曲线与探测器脉冲响应卷积的结果,通过衰减系数的值反映出光吸收系数的大小.用数据仿真及实验验证的方法对文中提出的理论做了论证,所获得的结果与用其他方法所获得的测量结果有一定的吻合性,这为光声技术的无损检测提供了一种参考方法.     

SnO_2-Si光电极制备及其降解污染物性能

通过化学气相沉积法,在清洁的n型Si表面制备SnO_2薄膜作为保护层,得到SnO_2-Si光电极.采用TEM、SEM、XRD、XPS、DRS等对其进行表征,研究了其在模拟太阳光下光催化降解苯酚的性能.在不同沉积温度下得到的样品中,400℃沉积得到的样品结晶度相对最高.SnO_2层厚度为230nm时SnO_2-Si光电极光电流响应最强,且分解水起始电位较正,用于降解污染物时可避免分解水副反应的发生.在中性、酸性、碱性电解质溶液中,其循环伏安曲线衰减均不明显,证明SnO_2-Si光电极具有稳定的光电化学性能.在可见光光电催化条件下,偏压为1.8V时,其苯酚的去除率达到100%,TOC去除率达到21%.     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

无电化学沉积法合成铜纳米线

采用无电化学沉积法制备铜纳米线,与电化学沉积法不同,无电化学沉积法不需要在通孔模板的一面溅射一层导电金膜作为阴极,以及持续供给电力才能完成纳米线的合成.考察沉积时间、敏化液等因素对铜纳米线制备的影响.使用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)对样品其进行检测,结果表明,无电化学沉积法首先形成纳米粒子,随着沉积时间的延长,纳米粒子逐渐融合形成纳米管、纳米线.制备的铜纳米线为多晶态结构.在没有模板限制的情况下,铜原子自催化生长形成类似于花瓣的结构.用95%乙醇代替水配制的敏化液性质较稳定,但是,与以水配制的敏化液相比,在大约相同的沉积时间条件下较不易形成纳米线.     

高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm~2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.     

陶瓷微珠表面包覆金红石相二氧化钛薄膜的工艺研究

研究了采用均相沉积法在空心陶瓷微珠表面包覆金红石相二氧化钛薄膜的工艺,在SnO2的诱导作用下将锐钛相TiO2转化为金红石相。通过扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)对微珠表面薄膜的微观结构和TiO2晶型进行了观察和测试,结果表明,陶瓷微珠表面包覆了结构致密、包覆均匀的金红石相TiO2薄膜,以此陶瓷微珠作为填料添加在涂料中所得涂层在近红外光区反射比高达77%,较未包覆二氧化钛薄膜陶瓷微珠的涂层高出21%。     

亚微米电解加工的试验研究

为了增强Ag纳米线在亚微米电解加工中的稳定性,对其表面溅射金属Au.Ag纳米线的稳定性试验结果表明,溅射层越厚,Ag纳米线在电解加工环境中的稳定性越好,但是过厚的溅射层会使纳米线发生弯曲.当溅射层厚度约为55 nm时,溅射层不够致密,电解加工时亚微米工具电极会发生溶解;当溅射层厚度约为310 nm时,溅射层的内应力过大,亚微米工具电极出现弯曲.因此,采用溅射层厚度约为150 nm的亚微米工具电极进行亚微米电解加工.在浓度为0.1mol/L的H2SO4电解液中,施加电压为4 V、周期为50 ns、脉宽为6 ns的纳秒脉宽脉冲电流,于高温合金试件表面成功加工出亚微米沟槽,沟槽长约30μm,深约80 nm,底部最窄处约为450 nm,入口最宽处约1μm.     

微波水热法制备ZnO/氧化石墨烯及其光电化学性能研究

利用微波水热法在316L不锈钢片基底上制备一维ZnO纳米阵列/氧化石墨烯(ZnO/GO)复合材料,借助SEM、TEM、UV-Vis及可见光光照下的恒电位i-t曲线等手段,对加入氧化石墨烯浓度不同的ZnO/GO样品的形貌、结构及光电化学性能进行表征。结果表明,ZnO纳米棒均匀垂直于316L不锈钢基底生长,GO片层嵌入在ZnO纳米棒结构中间;GO的引入促进了ZnO中产生的光生电子-空穴对的分离,从而使ZnO/GO复合材料相较于ZnO具有更佳的光电化学性能。当加入GO溶液浓度为0.5mg/mL时,所制样品中ZnO纳米棒阵列发育完善、排列致密,样品的光电流密度达到18μA/cm~2,为纯一维ZnO纳米结构相应值的3.6倍。     

超细粉润滑剂的稳定性

为解决超细金属粉固体润滑剂的稳定性问题，分析了单个粉末颗粒和超细金属粉末在液体中实现稳定分散和悬浮的条件，结果表明，表面未包覆的粉末在液相中很难稳定存在，而表面包覆的超细金属粉末由于粉末表面吸附层产生的空间位阻效应，且在只附层厚度大于４．２ｎｍ时，超细金属粉末才能在润滑油中实现稳定的悬浮。