关键词： 超级电容器   Ag@Fe2O3   碳纳米管   滤波  

摘要： 21世纪随着社会经济的发展,人类对能源的需要越来越多。目前使用的能源大多数都是煤、石油、天然气等不可再生的化石能源,而这类能源的使用会产生严重的污染问题。为了解决这些问题,人们开始寻找新的绿色环保的可再生能源,如风能、太阳能和潮汐能等;但是这类能源存在时间歇性。为了有效利用这些新能源,则需要大量的储能器件及系统。超级电容器作为一种新型的高性能储能器件,具有功率密度大、使用寿命长和应用范围广等优点,使得储能器件可以应用于更广的领域。在超级电容器的研发中,高效功能化的储能材料是器件研究及其应用的主要目标。本论文以具有良好柔韧性的碳布为超级电容器器件的基底,分别设计了两种具有良好性能的超级电容器材料,并对其形貌表征、电化学测试、离子输运机理和滤波性能进行了研究,主要内容如下:1在碳布上生长的Ag改性Fe2O3（Ag@Fe2O3）纳米颗粒作为高性能超级电容器的阳极材料铁基材料是一种有潜力的超级电容器阳极材料,然而,其导电性和循环稳定性差限制了它的发展。因此,如何提高铁基材料的导电性和循环稳定性是研究的关键问题。本文以碳布为基底,同时碳布既作为集流器,在电化学测试和实际应用中支撑电极材料,避免活性材料的脱落造成电容器容量的衰减。成功在碳布基地合成了Ag@Fe2O3纳米粒子,并将其作为超级电容器的阳极材料;所获得的柔性超级电容器材料在电化学循环过程中表现出了优异的电化学性能,在扫描速率为5m V s-1的情况下,其比电容达到7.34 F cm-2(1931.70 F g-1),经过12000次循环后,仍保持83%的比电容值。功率密度为131.6 W kg-1时能量密度为379.8 Wh kg-1;功率密度为2631.6 W kg-1时能量密度为123.9 Wh kg-1。利用密度泛函理论计算了Ag/Fe2O3电导率和界面效应,从理论上证明Ag@Fe2O3纳米颗粒的电化学性能增强机理。此外,封装后的非对称超级电容器（ASC）器件具有灵活性,可以点亮10个发光二极管2分30秒。在1063.8 W kg-1的功率密度下,其能量密度可以达到60.3 Wh kg-1;在4255.3 W kg-1的功率密度下,其能量密度也可以保持在16 Wh kg-1。结果表明,Ag@Fe2O3材料具有在能量存储中应用的潜力,柔性ASC有望应用于可穿戴柔性设备中。2氮掺杂的碳纳米管制成的超级电容器实现滤波电路中高性能的滤波电容。滤波电路元件是现代电子电路中不可或缺的组件,而滤波电容又是滤波电路的核心部件。传统的滤波电容多使用铝电解电容器,然而铝电解电容器存在比电容小、误差大和稳定性差等缺点。本文通过氮掺杂的碳纳米管制成的超级电容器,运用于滤波电路。该超级电容器在在2 A g-1的电流密度条件下,达到了30.2 F g-1的比电容。当功率密度为1800 W kg-1时,能量密度为48.96 Wh kg-1,即使功率密度为9000 W kg-1时,也能保持在31.5 Wh kg-1。将其用于滤波电路的电容,可以将任意波形的信号转换成线性信号。其滤波效果非常理想,输出信号的最大波动都不超过16 m V。并且可以在1～100000 Hz的频率范围及0～10 V的振幅窗口内稳定的工作。研究结果表明,该滤波电容可以大大提高整个电子电路的稳定性并且大大的延长电子电路的使用寿命,也更加地能满足高端电子产品的需求。

关键词： ZnO纳米棒阵列   发光特性   异质结发光二极管   Ag纳米颗粒  

摘要： ZnO作为一种典型的第三代半导体,凭借其3.37 e V的禁带宽度和60 me V的室温激子束缚能,成为非常有潜力的短波长半导体发光器件的候选材料。目前由于低阻、稳定的p-ZnO难以实现,严重阻碍了其实用化进程。因此,n-ZnO/p-Ga N异质结发光二极管(LED)器件被广泛研究。为了提高异质结器件的发光效率,通常采用具有良好结晶质量的低维纳米结构材料作为有源层,其中一维ZnO纳米棒阵列(ZnO NRA)由于具有优异的光电传导性能受到人们的关注,伴随着研究的深入也出现了新的问题,由于纳米结构具有大的比表面积导致器件性能难以控制,特别是ZnO NRA的发光变得更加复杂。本文为了探究一维ZnO NRA及其器件的发光特性,从ZnO NRA的发光机理、ZnO NRA的器件结构以及Ag纳米颗粒(AgNPs)的修饰对增强发光影响等方面展开了研究,主要内容如下:(1)采用溶液法制备ZnO NRA,并系统地研究了衬底、晶种层种类、晶种层厚度等因素对ZnO NRA生长的影响,获得了较为成熟的ZnO NRA制备工艺。在c-AlO和p-Ga N衬底上,通过脉冲激光沉积(PLD)法制备Mg ZnO和ZnO/MgO双层薄膜作为晶种层,成功制备出具有高致密度和良好垂直取向性的ZnO NRA;通过变温光致发光(PL)光谱研究了ZnO NRA发光起因,将ZnO NRA的近带边发射(NBE)归因于自由激子相关的复合,而位于可见光区的发射(DE)被认为与不同价态的氧空位(V)相关的缺陷有关,并发现了这些不同价态的V随着环境温度变化可以相互转化,为ZnO NRA的发光特性研究提供了丰富的实验基础;分析了ZnO NRA的形貌与其光致发光(PL)光谱的关系,发现可以通过控制形貌来调节ZnO NRA的NBE和DE的相对发射强度,为调控发光器件的性能提供了新的途径。(2)根据能带工程选择ZnO/MgO双层结构作为晶种层和限制层,设计了ZnO NRA/ZnO/MgO/p-Ga N异质结发光器件,选择In作为ZnO NRA的电极、Au/Ni电极作为p-Ga N的电极,开展了器件电极制备工艺的研究,获得了良好的欧姆接触;利用直流激发ZnO NRA/ZnO/MgO/p-Ga N异质结器件,在室温正向偏压下获得了来自ZnO NRA缺陷发光为主的电致发光,且该器件随偏压变化色度可调;系统分析了器件的发光机理,认为在电场作用下ZnO NRA缺陷发光来源于不同价态的V相关的复合,由于在纳米棒表面吸附氧的影响,ZnO纳米棒表面和体内的V会呈现不同的价态,随着偏压和环境温度等条件变化V的带电状态发生转变,从而导致发光峰发生移动。(3)开展了AgNPs修饰对ZnO NRA发光性能影响的研究,发现热蒸发方法制备的AgNPs偶极子共振峰严格受其粒径和粒径分布的调控,而四极共振在AgNPs粒径较大的情况下更容易发生;通过在ZnO NRA上蒸镀不同厚度的Ag薄膜,发现ZnO NRA的NBE可以和AgNPs的四极共振峰产生共振增强,DE可以和AgNPs的偶极子共振峰产生共振,且增强的幅度与它们之间的峰位匹配程度有关。通过微波炉加热法成功制备AgNPs溶液,研究了反应液配比、反应时间以及加热功率对AgNPs溶液吸收光谱的影响,并成功利用激光诱导制备出稳定性高、分散性好的AgNPs,颗粒尺寸均匀分布在20 nm左右;探究了ZnO NRA的AgNPs旋涂修饰工艺,并利用生物合成法制备的AgNPs修饰获得ZnO NRA的NBE发光增强。

关键词： MgZnO日盲探测器   混相   Ag纳米颗粒   lift-off   电极  

摘要： 紫外日盲探测器在导弹预警、火焰探测等不同领域有广泛的应用。近几年内薄膜半导体材料因为其体积及功耗的优势经常作为日盲探测器的材料,如GaO、Al Ga N、Si C等,其中MgZnO具备相对较高的响应度以及宽的可探测紫外范围,通过调整带隙能够覆盖整个日盲波段,且具有低的生长温度,是制作日盲紫外探测器的理想材料。根据近几年的研究发现,虽然MgZnO日盲探测器性能较高,但人们对MgZnO器件的工艺研究还相对较少,有报道称金属纳米颗粒的等离子体增强效应能够提高紫外探测器的响应度与信噪比,并且有研究显示Ag纳米颗粒对MgZnO日盲探测器有增强效果,但对Ag纳米颗粒制备工艺的研究还比较少,因此因此本论文针对MgZnO的Ag纳米颗粒修饰工艺以及电极制备工艺进行了研究。采用了旋涂法制备Ag纳米颗粒,并且研究了Ag纳米颗粒等离子体增强混相MgZnO日盲紫外探测器的性能;为了消除光刻过程中腐蚀液对MgZnO薄膜的影响,采用了lift-off光刻工艺制备MgZnO探测器的电极;同时还使用Ag、Al金属MgZnO日盲紫外探测器的电极,分别研究了电极制备工艺及不同电极材料对器件性能的影响。论文的主要研究内容及结果如下:1、采用旋涂法制备出了30nm直径的致密Ag纳米颗粒,并将Ag纳米颗粒修饰到MgZnO薄膜上,使用光刻工艺制备了MgZnO紫外探测器,探究不同旋涂层数与旋涂速度对Ag纳米颗粒修饰的MgZnO日盲紫外探测器性能的影响。发现分散更加密集的Ag纳米颗粒对MgZnO日盲紫外探测器有巨大增强,器件的响应度在240nm处达到了4.48A/W,是未修饰器件的90倍;暗电流在25V的偏压下仅为3.78n A,与无修饰器件相比差距不大;其最大光暗电流比达到了3.85×10,比未修饰Ag纳米颗粒的器件提高了近3个数量级。2、探索了完整的lift-off光刻工艺,并且研究了湿法光刻工艺与lift-off光刻工艺制备电极对MgZnO日盲紫外探测器的器件性能的影响。由于lift-off光刻工艺避免了金属腐蚀液对器件的影响,采用lift-off光刻工艺制备电极的探测器器件在235nm处的响应度最高为2.85 A/W,在近紫外区域大概290nm处的响应度最高达到了4.9 A/W,器件的响应度在深紫外235nm处提升了19倍,并且在近紫外区域提升了13.6倍,器件的最大光暗电流比达到了2735,比湿法光刻的样品提高了1个数量级。3、使用lift-off光刻工艺分别制备了Ag电极修饰的MgZnO探测器与Al电极修饰的MgZnO探测器,并研究了不同金属电极对MgZnO日盲紫外探测器的器件性能的影响。由于Ag与MgZnO薄膜之间的势垒高度较低,采用Ag金属电极的MgZnO日盲紫外探测器在紫外光照射下内增益效应较大,Ag电极修饰的MgZnO日盲紫外探测器在260nm处的响应度达到了14A/W,比Au电极修饰的器件提升了2.86倍,且在25V的偏压下的光暗电流比达到了1417,比同电压下Au电极修饰的器件提高7.6倍左右;虽然Al跟MgZnO之间的势垒高度也比较低,但是由于在制备过程中不可避免的产生氧化层,所以Al电极修饰的器件性能反而有大幅度下降。

关键词： 银-锆合金薄膜   柔性基体   退火   Ag纳米颗粒   SERS性能  

摘要： 银（Ag）纳米颗粒及银合金薄膜因具有显著的表面等离子体共振特性,已成为制备表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering,SERS）基底的首选材料,广泛应用到生物医学、食品安全、环境监测、材料科学等领域。如何制备出性能良好、结构均匀且价格合适的基底是SERS技术领域最为关键的研究课题之一。论文采用磁控溅射方法在三种基体上制备了Ag颗粒/Ag-Zr合金膜复合结构,将SERS灵敏度高的Ag颗粒和重复性好的Ag合金薄膜结合起来制备出性能优异的新型SERS基底。研究了膜厚、Zr含量、退火温度对颗粒形成及合金膜性能的影响,分析了薄膜表面自生长多面体纯Ag颗粒的形成机制,表征了以罗丹明（R6G）为探针分子,Ag薄膜/Ag颗粒/Ag-Zr薄膜复合结构作为SERS基底的增强效果。主要工作如下:1.采用复合靶及双靶共溅射方法在PI基体上沉积的Ag-Zr薄膜均呈现Ag（111）择优生长,XRD图谱中Ag（111）衍射峰随膜厚增加逐渐向高角度偏移,表明Ag-Zr薄膜内存在残余压应力。2.采用复合靶溅射法在PI基体上制备的沉积态Ag-Zr合金薄膜,表面平整光滑,无颗粒生长。一定温度退火后合金膜表面自生长了大量分布均匀、单分散多面体单晶Ag颗粒,颗粒尺寸范围在几十纳米到一微米之间。分析表明自生长颗粒的尺寸、数量可通过改变膜厚、Zr含量、退火温度调控。3.采用双靶共溅射法在PI基体上沉积了不同Zr含量及膜厚的Ag-Zr合金膜。室温条件下一些Ag-Zr合金膜表面自形成了大量均匀分布的单晶Ag纳米颗粒,银纳米颗粒尺寸及数量的主要影响因素为Zr含量、膜厚及退火温度。当Zr含量低于5.6%时,双靶共溅射法获得的沉积态Ag-Zr膜表面上无Ag颗粒形成,当Zr含量从5.6%增加到21.7%时,Ag-Zr膜表面颗粒数量逐渐增多,尤其是25nm厚Ag-21.7%Zr膜表面颗粒大小均等,平均粒径约为33 nm,且相邻颗粒间具有纳米级间隙,没有颗粒团聚现象。当Zr含量进一步升高达到30.1%,45 nm厚Ag-30.1%Zr薄膜表面颗粒尺寸明显减小,数量减少。4.纯Ag颗粒的形成机理:由于在退火过程中Ag晶粒和Zr晶粒抑制彼此的生长,为了降低体系能量,在应力的释放和热作用驱动下,Ag原子沿表面及晶界扩散在合金膜表面自形成了多面体纯Ag颗粒。5.薄膜表面自生长的Ag纳米颗粒与Ag-Zr膜构成了新型Ag-Zr颗粒膜,在颗粒膜表面覆盖一层超薄纯Ag薄膜可有效提高SERS性能,特别是23 nm厚260℃退火的Ag-21.78%Zr颗粒膜表面沉积一层26 nm厚Ag薄膜,可精确检测出罗丹明溶液最低浓度达到5×10-15M,增强因子达到1.1985×1014,具有十分良好的重复性。其优异的SERS活性归因于均匀分布、单分散、与薄膜结合良好的Ag纳米颗粒和狭窄的纳米级间隙所产生的大量SERS“热点”。

关键词： 纳米棒阵列   ZnO   纳米颗粒   光电响应   持续光电导  

摘要： 0引言ZnO是一种金属氧化物半导体材料,在各类光电子器件中展现出了广泛的应用潜力[1]。ZnO中的光电转换过程涉及诸多复杂的光电转换机制,在不同的光电应用领域中,这些不同的机制及它们之间的联系直接决定了ZnO在实际应用中的使役行为。

关键词： Ag/ZnO nanorod array films   Persistent photoconductivity   Photoelectric relaxation   Photoelectric response   Time-resolved photocurrent  

摘要： The surface modified Ag/ZnO nanorod array films (NRAs) were synthesized by a two-step method, and the time-resolved photocurrent curves excited by ultraviolet light at 365 nm were examined. Compared with pure ZnO NRAs, Ag/ZnO NRAs showed larger response values in the photoelectric response phase with a maximum value of 7 490, which was about 50 times the value of the pure ZnO NRAs. Moreover, the surface-modified Ag nanoparticles had a good regulation effect on the persistent photoconductivity (PPC) effect of ZnO NRAs. The photocurrent recovery efficiency of the pure ZnO NRAs was 25%, while the ZnO NRAs modified with Ag reached 87% in the same time. The higher the concentration of Ag, the less obvious the persistent photoconductivity (PPC) effect would be achieved. This phenomenon made it possible to adjust the PPC effect of the ZnO NRAs by simply changing the amount of Ag nanoparticles on the surface. © 2019, Chongqing Functional Materials Periodical Press Co. Ltd. All right reserved.

关键词： Ag/ZnO纳米棒阵列膜   时域光电流   光电响应   光电弛豫   持续光电导  

摘要： 通过两步法合成了表面修饰Ag纳米颗粒的ZnO纳米棒阵列膜,并检测了该纳米棒阵列膜在波长为365 nm的紫外光照下的时域光电流曲线。与纯ZnO纳米棒阵列膜相比,Ag纳米颗粒修饰后ZnO纳米棒阵列膜在光电响应阶段有更大的响应值,最大达到7 490,约为纯ZnO纳米棒阵列膜响应值的50倍。而且,Ag纳米颗粒对ZnO纳米棒阵列膜弛豫阶段呈现的持续光电导(PPC)效应有很好的调控作用。相同恢复时间内,纯ZnO纳米棒阵列膜光电流恢复效率为25%,Ag纳米颗粒修饰后达到87%。Ag浓度越大,持续光电导(PPC)效应越不明显,这个现象使得通过简单改变表面Ag纳米颗粒的浓度来调控ZnO纳米棒阵列膜的PPC效应成为可能。

关键词： 银   纳米粒子   聚合物   蜂窝状阵列   SERS   呼吸图法  

摘要： 通过静态呼吸图法制备了具有高度有序微结构的聚苯乙烯-嵌段-聚4-乙烯吡啶共聚物(PS-b-P4VP)膜。以该嵌段共聚物膜为模板,可制得金属纳米粒子阵列。借助光化学还原途径制得了具有蜂窝状微结构的Ag纳米颗粒膜。以罗丹明6G(R6G)为探针分子,考察了蜂窝状Ag纳米颗粒膜用作表面增强拉曼散射(SERS)基底的性能。蜂窝状Ag纳米颗粒膜对R6G分子的表面拉曼散射增强因子高达1.31×10^9。另外,该SERS基底还显示了较低的检测限,检测限低至10^-10mol·L^-1。拉曼信号面扫显示了基底很好的信号均匀性。在此SERS基底上30μm×30μm范围内随机收集的120个拉曼信号强度的相对标准偏差仅为~12%。

关键词： 阻变存储器   电阻转变效应   电流-电压特性   脉冲激光沉积  

摘要： 采用脉冲激光沉积技术制备了Ag/ZnO/Pt和Ag/ZnO-Ti/Pt阻变存储器。与Ag/ZnO/Pt相比,Ag/ZnO-Ti/Pt的阻变性能得到了显著的改善。对Ti纳米颗粒改善器件电致电阻转变特性的机理进行了定性的分析。