廖新勤[1]2017年在《低维材料应力/应变传感器的构建与性能研究》文中研究表明传统应力/应变传感器在灵敏度、响应时间、检测范围、稳定性及使用寿命等方面改良空间越来越小。新型应力/应变传感器要求器件具有柔性、延展性等特点。此外,新型应力/应变传感器的性能、服役行为、成本等都是急需研究和亟待解决的。本论文以微纳技术为手段,从低维材料的开发与利用、器件的可控制备与性能优化出发,通过实验结果与理论分析结合,研制出了若干种新型应力/应变传感器,促进了智能可穿戴电子器件的发展与应用。论文的主要研究工作包括以下六个方面:采用 ZnO(Zinc Oxide,氧化锌)纳米线与 MgO(Magnesium Oxide,氧化镁)隧穿层构建了高开关比压力传感器。通过水热法制得ZnO纳米线,原子层沉积技术制得MgO隧穿层。器件开关比为7.2×105,灵敏度为7.1×104 gf-1,响应时间为128ms,检测范围为3.2到27.2gf。器件工作原理主要是基于ZnO的压电效应与MgO的隧穿效应共同作用。通过PoP(Pencil-on-Paper,"铅笔画纸上")构建了二维石墨片柔性纸基应变传感器。器件响应时间为110ms,灵敏度为536,最小分辨应变为0.13%。经10000次应变测试后,电阻漂移量为10%。器件主要工作原理是应变导致石墨片间的重迭面积、裂纹大小发生改变,进而引起传感器电阻变化。通过镂版印刷法实现了大面积高性能二维石墨片柔性纸基应变传感器的快速制备。器件响应时间为22.3ms,灵敏度为804,最小分辨应变为0.038%。经10000次应变测试后,电阻漂移量为2%。器件主要传感原理是应变导致二维石墨片薄膜中裂纹的形态发生改变,影响电子在薄膜中的传输路径,导致传感器电阻变化。通过直流溅射法构建了金纳米颗粒防水可穿戴应变传感器。通过研究表面形貌对器件性能的影响,我们发现了表面微结构包括颗粒目数、绝对平均高度可以调控器件灵敏度。器件具有>18000次的循环服役能力和<20ms的响应时间,防水能力为IPx7级(国际电工委员会防尘防水标准等级)。通过水热法制备了纤维型延展性应变传感器,建立了该类器件的理论传感模型。器件响应时间为38ms,灵敏度为15.2,最小检测应变为1.8%。器件主要传感原理是ZnO纳米线间的微接触变化引起器件电阻变化。该传感器具有是柔软、轻便、纤维状等特点。通过图案化技术制备了高灵敏度银纳米线延展性应变传感器。器件灵敏度相对无微结构的器件增大了 136倍,达到150000。具有>35000次的循环应变测试能力。在智能可穿戴设备、电子皮肤等方面具有重要应用前景。本研究通过能带调控、表面微结构设计,制备了高开关比压力传感器、可剪切纸基应变传感器、自防水柔性应变传感器、高灵敏度延展性应变传感器,提出了一系列优化器件性能、提高器件稳定性、降低器件成本的新途径,为智能可穿戴电子器件进一步发展和应用奠定了坚实基础。
史淑凤[2]2008年在《水热/溶剂热法可控合成低维纳米材料》文中研究指明本论文从研究无机纳米材料的第一步——无机纳米材料的制备与表征着手,利用水热与溶剂热法,设计新的反应体系和工艺路线,通过调节反应物种类及其用量、溶剂种类与浓度、反应时间、反应温度等实验参数,很好的实现了钒氧纳米材料及过渡金属硫族半导体纳米材料形貌、尺寸的控制合成,并通过多种测试手段对所得产物进行分析与表征。现对本论文的主要内容总结如下:1.水热法制备钒氧纳米结构:利用水热法在表面活性剂辅助的条件下,成功将V2O5固体粉末转化成V2O5纳米带;并且在以上实验基础上,加入少量还原剂Na2S2O3,实现了VOx纳米盘的成功制备。通过研究反应物、温度、时间等反应条件对产物纳米晶的形成和生长过程的影响,对低温水热合成的反应机理进行了初步探讨。2.溶剂热法制备金属硫族化合物纳米结构:利用溶剂热法成功制备一系列的金属硫族化合物。在150度温度下,在乙二醇体系中低温可控合成了Sb2Te3纳米叉;选用氨基酸做配体,在150度苯甲醇体系中,成功实现了固体Se的转化,制备了CdSe空心球以及ZnSe实心球,并通过调控一定的反应因素,提出了相应的作用机理。3.溶剂热制备单质Te纳米线:以乙二醇为反应体系,在表面活性剂PVP辅助的条件下反应2天,成功制得了Te纳米线。并且通过对目标纳米线生长过程的分析,试图对单质Te粉的固相转化机理进行探讨。
严涛[3]2016年在《叁维镍/钴电极材料的构建及超级电容性能研究》文中研究说明因充电时间短、功率密度高、使用寿命长和安全可靠,超级电容不仅用于日常消费电子产品,还作为动力输出装置用于新能源汽车、国防军事等诸多领域。目前,商用化超级电容的电极材料主要是活性碳。活性碳电极只能产生双电层电容,它的比电容量通常小于300 F/g,严重限制了超级电容在需要较大能量密度领域的应用。因此,开发新的电极材料受到学术界和工业界的共同关注。镍/钴电极材料已证实具有高比电容量、良好倍率性能及稳定性,且储量丰富、价格低廉、绿色无毒,是一类极具开发潜力的电极材料。然而,镍/钴电极的电化学性能优劣取决于它的组成及空间结构。论文旨在通过合成理论与方法的创新,构建了系列叁维镍/钴氢氧化物、氧化物和硫化物的电活性电极材料,实现超级电容性能的大幅度提升。首先,采用“硬模板”、“软模板”和“无模板”方法合成出不同形貌的3D镍/钴氢氧化物。以SiO_2为硬模板,镍/钴硝酸盐为前驱体,在乙醇溶剂中,一步水热法成功制备出绣球花状镍/钴氢氧化物中空微球。研究发现,在水热反应期间,乙醇与NO3~-发生反应生成OH~-离子。该离子源既可结合Ni~(2+)/Co~(2+)形成超薄镍/钴氢氧化物纳米片,又可溶解SiO_2模板。当镍/钴氢氧化物生长速率与硅模板溶解速率实现最佳匹配时,精致的绣球花状镍/钴氢氧化物中空微球被创造。所形成的中空微球分散性好,粒径分布窄,由大量约6.0 nm厚的纳米片自组装形成。在2 A/g电流密度下,它的比电容达2106.8 F/g,高于镍/钴氢氧化物实心微球的1480.5 F/g。当电流密度增至17 A/g时,比电容仍保持在1508.7 F/g,且在10 A/g下连续循环充/放电1500次后,电容衰减2.5%。其次,以叔丁醇(TBA)为软模板,一步水热法成功制备出花状镍/钴氢氧化物中空微球。研究发现,TBA与H_2O可形成独特的O/W和W/O型微乳体系。通过控制TBA/H_2O之间的体积比,可制备出系列不同形貌的镍/钴氢氧化物。且当TBA/H_2O体积比为8:2时,独特的花状中空微球被形成。所形成的中空微球内核直径平均约354.2 nm,外壳由厚约11.2 nm的纳米片自组装形成。在1 A/g电流密度下,该材料比电容达到2107.9 F/g,当电流密度增至12 A/g时,电容仍保持1502.6 F/g,且连续循环1500次后,电容衰减2.97%。最后,采用微波辅助加热技术,通过无模板法制备出花簇状镍/钴氢氧化物。该花簇建筑由大量超薄纳米片相互连接而成,呈现出独特的3D网状结构。作为电极,它的比电容达2100.5 F/g,且在10 A/g电流密度下连续循环充放电1500次,电容保持率为97.8%。相对于氢氧化物,镍/钴氧化物在空气中及碱液中结构更为稳定,具有优异的电容循环稳定性。基于上述花簇状镍/钴氢氧化物超薄的结构特色,对其煅烧处理,成功制备出珊瑚状NiCo_2O_4。研究发现,通过调节煅烧温度的高低,可实现对NiCo_2O_4粒径的控制。且煅烧温度愈高,NiCo_2O_4粒径愈大。所形成的NiCo_2O_4展现出独特的珊瑚网状结构。特别地,在400℃的煅烧温度下,NiCo_2O_4粒径最小(10.2 nm),且比表面积最大(108.8 m2/g)。在1 A/g电流密度下,NiCo_2O_4电极的最高比电容为870.7 F/g。当电流密度升至20 A/g,它的电容仍保持700.8 F/g,且在10 A/g下连续充放电1500次,电容无任何衰减。为了进一步优化NiCo_2O_4电容性能,引入石墨烯材料。将NiCo_2O_4生长在石墨烯导电网上,形成“双网”结构的石墨烯/NiCo_2O_4复合材料。调查发现,石墨烯/NiCo_2O_4的电导率高达22.6S/m,约是NiCo_2O_4(0.085 S/m)的266倍。作为电极,石墨烯/NiCo_2O_4展现出1710.7 F/g的比电容。当电流密度增至20 A/g时,它的比电容仍保持1467.7 F/g,且在10 A/g下连续循环充放电3000次后,电容衰减4.4%,充分说明了该材料出色的倍率性能和循环稳定性能。硫原子的电子流动性使镍/钴硫化物通常具有比氢氧化物或氧化物更高的电子传导性。继续基于花簇状镍/钴氢氧化物的结构特色,水热条件下对其进行硫离子交换,成功制备出银耳状NiCo_2S_4。结果显示,所制备的银耳状NiCo_2S_4具有3D网状空间结构,由大量残缺的纳米片彼此连接而成。在1 A/g电流密度下,该材料的比电容达1410.7 F/g。随后,利用水热法结合硫化处理直接将电活性NiCo_2S_4生长于泡沫镍的骨架上,制备出3D分级结构的NiCo_2S_4微花@纳米片阵列。并详细地调查了它的形成过程。在该材料中,高导电性的NiCo_2S_4作为“桥梁”架设于集流体与NiCo_2S_4微花之间,实现了电子的快速传递;硕大的NiCo_2S_4微花装饰在NiCo_2S_4纳米片阵列的表面,提供了更多的活性位点参与电极反应;特别地,NiCo_2S_4微花与NiCo_2S_4纳米片阵列之间实现了极好的界面接触,这有利于产生强的协同效应。作为电极,该材料在叁电极体系下表现出了优秀的电容性能。然后将其与石榴皮衍生出的活性炭组装成非对称超级电容。该装置在800W/kg的功率密度下实现了高达58.9 Wh/kg的能量密度。且当功率密度增至6400 W/kg时,能量密度仍保持30.9 Wh/kg,展现出了优异的电容性能。怎样将氢氧化物和氧化物或硫化物结合,实现它们的优势互补,近年成为研究的热点。论文最后分别构建了玫瑰花状Ni/Co-LDH@NiCo_2S_4纳米片阵列、海胆状Ni/Co-LDH@NiCo_2S_4纳米刺阵列和牡丹花状Ni/Co-LDH@NiCo_2S_4@石墨烯。其中,Ni/Co-LDH@NiCo_2S_4@石墨烯电极拥有最高负载量(7.6 mg/cm2)、最大表观异相电子转移常数(0.324 cm/s)和最低溶液综合阻抗(0.775Ω)。在1 A/g电流密度下,该材料的比电容达2001.2 F/g。当电流密度增至8 A/g时,比电容仍保持1645.6 F/g,且经过3000次循环充放电测试,电容衰减3.0%。为了进一步提升该材料的电容性能,将其调查于K3Fe(CN)6/KOH水溶液电解液中。结果显示,Ni/Co-LDH@NiCo_2S_4@石墨烯电极在该电解液中展现出超高的比电容(6282.6 F/g)和库伦效率(484.3%)。所组装的非对称电容装置也实现了高达102.8 Wh/kg的能量密度,明显优于在KOH水溶液中的62.5 Wh/kg。
庄俊城[4]2017年在《基于低维纳米材料的可穿戴电化学生物传感器电极研究》文中提出随着电化学生物传感器的不断发展,出现了众多性能优异,测试精准的电化学生物传感器,并被运用于医疗、安全检测、食品安全和环境保护等多个领域。由于生物传感器具有检测过程简单,准确性高,灵敏度高等优点,成为各种检测应用的研究重点。但随着电化学生物传感器的不断普及,其研究更多是考虑到用户的需求,传感器设备逐渐趋于微型化、便携化。因此,近年来出现了印刷电极、酶膜反应器等新型传感器。他们除了具有检测的高效性和稳定性外,还具有方便用户使用与测量的优势。本文通过制备出柔性葡萄糖和乳酸传感器,并制备出性能优异的酶膜传感器,实现传感器的高效化、便携化和微型化等目的。首先,通过在SBS薄膜中掺入PEDOT:PSS水溶液以及MWNT-OH制备出导电高分子薄膜,并作为一种传感器电极使用,使用壳聚糖与戊二醛的交联来固定氧化酶,制备出电化学性能良好的柔性葡萄糖生物传感器和柔性乳酸生物传感器。制备的柔性葡萄糖生物传感器,其检测线性范围为0~6 m M,线性回归方程为I=2.21*c+1.4455,R~2=0.996,检测灵敏度为2.21μA/m M,检出限为12μM(S/N=3)。制备的柔性乳酸生物传感器,其检测线性范围为0.2~1.6 m M,线性回归方程为I=7.00*c+0.5796,R~2=0.9935,检测灵敏度为7.00μA/m M,检出限为7.87μM(S/N=3)。这两种传感器均具有良好的稳定性和抗干扰性能。其次,通过改进后的Hummers法成功制备出氧化石墨烯,并通过溶剂热法制备出G-Pt NPs,作为电化学敏感材料制备出乳酸生物传感器,具有良好的检测稳定性和抗干扰性能,其检测线性范围为0~1.2 m M,线性回归方程为I=2.08*c+0.1623,R~2=0.990,检测灵敏度为2.08μA/m M,检出限为12.5μM(S/N=3)。同时,所制备出的柔性乳酸生物传感器,具有良好的检测稳定性和重现性,检测灵敏度为2.08μA/m M,通过对人体汗液进行实时检测,发现该柔性乳酸传感器可以对人体汗液进行检测。最后,通过在PVB薄膜中加入MWNT-OH制备导电薄膜基底,修饰上氧化酶,制备出性能优异的葡萄糖和乳酸生物传感器。其中,使用1%PVB制备出的葡萄糖传感器,其检测线性范围为0~3 m M,线性回归方程为I=0.03*c+0.0305,R~2=0.993,检测灵敏度为0.03μA/m M,检出限为49.1μM(S/N=3)。加入TTF后,其检测线性范围增加到为0~32 m M,线性回归方程为I=0.26*c+0.4899,R~2=0.990,检测灵敏度为0.26μA/m M,检出限为62.8μM(S/N=3),线性检测浓度范围大大提高。另外,使用1%PVB制备出的乳酸传感器,其检测线性范围为0.5~1.5 m M,线性回归方程为I=0.20*c+0.0967,R~2=0.992,检测灵敏度为0.20μA/m M,检出限为18.8μM(S/N=3)。加入TTF后,使用0.1%GA固定LOx制备出乳酸传感器,其检测线性范围为2~5 m M,线性回归方程为I=1.51*c+1.4956,R~2=0.991,检测灵敏度为1.51μA/m M,检出限为2.98μM(S/N=3),线性检测浓度范围有所提高。
梁依经[5]2008年在《微乳液法制备低维纳米材料的控制方法研究》文中研究指明低维纳米材料因其独特的光、电、磁等性能,在纳米器件等领域具有广阔的应用前景,而低维纳米材料的维度、形貌、尺寸等因素对其性能有重要影响;因此,如何实现对纳米材料维度、形貌、尺寸的有效控制一直是纳米科技研究的热点和难点。本文基于对微乳液相行为的研究,采用微乳液法合成了LaAlO3、Ni(OH)2及MnO2等多种低维纳米材料,初步实现了在合成过程中对尺寸和形貌的调控,并建立了一些体系的化学合成新途径。本论文研究的主要结论如下:通过对微乳液相行为的系统研究,优选出了Triton X-100/正己醇/环己烷/水、CTAB/正丁醇/异辛烷/水和Span80-Tween80/正丁醇/环己烷/水叁个微乳液体系。在Triton X-100微乳液体系中,表面活性剂与助表面活性剂间的质量比S/AS为3:2、反应温度为30℃时,微乳液体系有最大溶水区域;在CTAB微乳液体系中取得最大溶水区域的S/AS比值为2:3;在Span80-Tween80微乳液体系中,S/AS为1:1时有最大溶水区域。不同微乳液体系合成的同一种纳米粒子在形貌和尺寸存在较大差异。在Triton X-100微乳液体系中合成的LaAlO3纳米粒子为直径约50nm,长100-200nm的不规则棒状;在CTAB微乳液体系中合成出的LaAlO3呈规则纳米棒状,平均直径约12nm,长约60nm;而在Span80-Tween80微乳液体系中合成出的LaAlO3纳米粒子为平均直径约为55nm的纳米球。使用Triton X-100微乳液体系合成LaAlO3时,陈化时间为12h、反应温度为30℃是制备粒径均匀、分散性好的纳米粒子的最佳条件,且控制水与表面活性剂的摩尔比值(ω)在21-30可以得到直径约为50nm,长为100-200nm的不规则棒状纳米粒子。水热条件辅助下,在CTAB微乳液体系中可合成出薄片状、棒状和球形等不同形貌的Ni(OH)2纳米粒子。pH=9-10和水热温度为180℃是制备Ni(OH)2纳米棒的最佳实验条件;调整ω值在13-25间变化,可以合成出直径约13nm,长60-360nm的Ni(OH)2纳米棒;延长水热反应时间可以实现对产物形貌的控制,使Ni(OH)2纳米棒自组装为纳米球。以CTAB微乳液体系为介质,在超声波辅助微乳液法制备纳米二氧化锰工艺中,超声功率和超声时间均对产物的结构、形貌和尺寸有一定影响。当超声功率为50W-100W时,合成的二氧化锰为无定型态,当功率达到200W时,合成的二氧化锰为β型。超声时间为10min条件下所得样品为纳米棒结构,超声时间为30min条件下所得样品为纳米线结构,其长度较超声时间10min更长,超声时间延长至60min时,所得样品为整齐均一的纳米带结构。在水热辅助微乳液法条件下,通过调整反应物KMnO4与MnSO4间的摩尔比,可以实现对二氧化锰物相(α和β相)的有效调控。
薛峥[6]2016年在《低维无机—有机杂化纳米材料的制备及性质研究》文中指出无机-有机杂化纳米材料由于兼具有机、无机和纳米材料叁者的优良性质,特别是在其界面处可以形成异质结而导致新的物理、化学性质的产生,已经受到人们的广泛关注。本论文主要发展了新的生长和调控方法制备具有高指数晶面有机二维纳米晶,构筑了系列一维无机-有机纳米材料,实现了对其异质结界面的调控,并进一步调控了其性能。1.发展了新的生长和调控方法制备具有高指数晶面有机二维纳米晶:利用5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)铵盐与金属硝酸盐反应制备了系列二维金属卟啉配合物纳米结构,并通过改变金属离子实现了对其形貌的调控。在此基础上,以Zn TCPP纳米带为前驱体,发展了利用无机纳米粒子调控有机纳米结构的新方法,获得了具有高指数晶面的二维TCPP单晶纳米片,并通过对反应条件的控制实现了二维纳米片的形貌和性质的连续调控。2.发展了原位电化学沉积与自组装结合的方法,控制制备了石墨炔(GD)/硫化铜(Cu S)有机无机核-壳纳米线阵列,通过改变原位电化学沉积的条件控制Cu S纳米壳的生长,实现了GD/Cu S有机无机核-壳纳米线的可控生长,并进一步实现对异质结界面面积和其电学性质的调控,发现异质结界面面积越大,异质结纳米线的整流比越小。3.通过调节噻吩[3,2-b]噻吩(TTh)的浓度和电化学氧化的电位控制制备了具有不同结构的聚噻吩[3,2-b]噻吩(PTTh)纳米线和纳米管,进一步通过电化学沉积法在PTTh纳米线和纳米管上生长硫化镉(Cd S)纳米线,实现了PTTh/Cd S有机-无机异质结纳米线阵列的可控制备,研究发现纳米线的异质结界面越大整流比越小。4.发展了原位自组装生长方法可控制备了卟啉二炔聚合物(PTEPP)纳米管,通过电化学沉积法在PTEPP纳米管的内部和外部同时生长硫化铜(Cu S),获得了具有新结构的PTEPP/Cu S核-壳异质结纳米线阵列,发现其具有优良的整流二极管性能,并且对光有良好的响应,可以用于光检测。
郑鑫[7]2015年在《低维纳米材料的非线性光学特性及其在被动光纤脉冲激光器中的应用研究》文中提出石墨烯优良的非线性特性在激光器领域的广泛应用极大激发了人们对低维纳米材料优良光电性能探索的同时,其零带隙特性带来的低开关比以及不能和硅兼容等缺点也在促使人们寻求新的解决方案。除了采用各种方法打开石墨烯的带隙之外,人们也在不断寻求其他性能优越的低维纳米材料,来弥补石墨烯的不足。以二硫化钼(MoS2)和二硫化钨(WS2)为代表的过渡金属硫化物是一类新型的层状材料,能够应用于可见光至近红外波段。而且,随着层数的减少,其能带的跃迁方式逐渐由间接跃迁转为直接跃迁,相应的吸收和发射谱也有很大差异。相应的非线性测量表明,二硫化钼的非线性吸收特性要优于石墨烯。与过渡金属硫化物类似,黑磷也是一种能带结构随层数变化的层状材料,其能带间隙恰好覆盖了中红外波段,填补了石墨烯与过渡金属硫化物之间的能带间隔,加之其各向异性的光学性质和在室温下可达2×105 cm2/V·s的电子迁移率使得黑磷备受研究人员的青睐。本文针对两类典型的新型低维材料在多个波段的非线性光学特性进行了实验研究。对单层二硫化钨二维晶体、多层二硫化钨纳米片、黑磷纳米片以及黑磷量子点的宽波段饱和吸收特性进行了研究,获得了几种低维材料分别在800nm、1550nm以及2μm波段的非线性吸收参数,发现了低维纳米材料对各个波段的非线性吸收规律,剖析了低维纳米材料在每个波段下的非线性吸收过程以及主导的非线性吸收机制,测量了单层二硫化钨以及黑磷低维纳米材料的叁阶非线性折射率;根据测量得到的非线性光学参数,讨论了低维纳米材料作为可饱和吸收体用于被动光纤脉冲激光器的性能,并利用黑磷的宽带饱和吸收特性,实现了黑磷可饱和吸收体在2μm波段光纤激光器中的调Q和锁模脉冲输出。具体的研究成果总结如下:1.实验发现了单层二硫化钨原子晶体的宽带可饱和吸收性能。利用不同波段的飞秒激光应用于Z扫描测试系统,对比研究了单层二硫化钨原子晶体和多层二硫化钨纳米片在400nm、800nm、1550nm以及2μm四个波段下的非线性吸收特性,发现单层二硫化钨原子晶体比多层二硫化钨纳米片的可饱和吸收光谱范围大得多;分析认为,这是由于缺陷掺杂等因素引入的表面金属态和材料固有的半导体态共同存在作用的结果。通过对比研究发现,金属态对可饱和吸收波段的拓宽在单层及少层低维材料中比较明显。对饱和吸收参数进行分析发现,低维二硫化钨纳米材料的饱和光强和损伤阈值较高,有助于获得高峰值功率的超短脉冲。2.实验发现了低维黑磷纳米材料在800nm、1550nm和2μm叁个波段都具备可饱和吸收特性,获得了相应的饱和光强、调制深度等参数。对饱和吸收参数进行分析发现,在1550nm和2μm两个波段,低维黑磷纳米材料的饱和光强和反饱和光强比较接近,不利于获得高峰值功率的脉冲,但是有助于形成谐波锁模,获得高重复频率的脉冲输出。3.搭建了高精度Z扫描测试系统。首次实验测得了单层二硫化钨以及黑磷纳米材料的叁阶非线性折射率。测得单层二硫化钨以及黑磷纳米材料的叁阶非线性折射率都在10–13m2/W量级,与石墨烯的非线性折射率比较接近,比一般体电介质高4~5个量级。4.利用黑磷纳米材料的饱和吸收特性实现了2μm波段光纤激光器的调Q和锁模脉冲输出。采用沉积在拉锥光纤上的办法制作饱和吸收体实现了中心波长为1898nm,3dB带宽为3.9nm,脉宽为970fs的锁模脉冲输出,并得到了最高阶数是37的谐波锁模;采用光沉积的方法制作的饱和吸收体实现了中心波长为1912nm,3dB带宽为0.8nm,脉宽为1.21μs的调Q脉冲输出,重复频率为240kHz~600kHz可调。实验结果表明,基于黑磷低维纳米材料的可饱和吸收体在脉冲激光器的应用上具有巨大的潜力。
郑文文[8]2016年在《低维化Sb_2Te_3基热电复合材料的制备及性能优化》文中提出热电材料是基于Seebeck效应和Peltier效应实现热能和电能直接相互转换的材料。由热电材料制备的热电器件在废热发电和制冷中具有重要的应用前景。热电器件具备无噪音、无活动装置、质量轻、无污染、体积小、安全稳定可靠等优点,在汽车工业、医疗卫生、工业生产、生物医学、国防军事等领域有重要应用。目前最高的热电器件转换效率一直维持在10%左右,若要达到和普通的热机转换效率35%相比拟,热电材料的热电优值ZT必须提高到3以上。科研界提高热电材料ZT值的途径有很多,主要有纳米工程、能带工程等对载流子和声子的输运进行优化。Bi2Te3是目前商业化应用的室温热电材料,被各国研究者广泛研究,ZT值大约为1。一个完整的热电器件必须具备至少一对N型和P型热电材料组成的模块,P型热电材料热电优值一般低于N型材料是制约热电材料发展的一个瓶颈。Sb2Te3是一种P型热电材料,适用于室温附近,能够与N型的Bi2Te3配对。纯相Sb2Te3热电材料目前被研究较少,热电优值较低,各种优化性能的途径正在探索中。我们通过溶剂热法合成了具有纳米结构的六角片状Sb2Te3。此样品的相邻对角的间距是1-2微米,厚度大约为几十纳米。我们进一步探究了不同的反应温度、反应时间、表面修饰剂PVP.NaOH的量对生成物的纯度和晶粒大小的影响。Sb-Te颗粒由于晶格结构而定向排列成为六角片状的骨架,生长速度由表面附着的PVP来调节,内部的单晶定向生长,形成了纳米Sb2Te3六角片。有机导电聚合物由于具有优良的电导率和较低的热导率而备受关注,PEDOT是其中最具前景的材料之一。制备半导体-有机物的复合物是一种提高热电材料性能的有效的新途径。我们将有机高分子导电聚合物PEDOT加入到Sb2Te3的基体中,使得复合物继承了两者的优良性能。合成复合物的Seebeck系数得到了显着的提高,而电导率没有出现明显的劣化；同时,由于Sb2Te3主相纳米晶粒中加入的PEDOT对载热声子的强烈散射,热导率在523 K处从0.398 Wm-1K-1降低到0.148 Wm-1K-1。综合上述结果,Sb2Te3-PEDOT复合物的ZT值在523K时达到了1.18,与纯相Sb2Te3的ZT值相比提高了60%。Sb2Te3-PEDOT复合物的热稳定性良好,经过50次周期性的从室温到523 K的热循环后,复合物的热导率依旧保持在一个较低的值。为了进一步提高复合物的电学性能,我们成功设计并制备出Sb2Te3/PEDOT/Sb2Te3叁明治复合结构。通过多次等离子放电烧结将PEDOT层夹于Sb2Te3的块体中间,形成各向异性的多层热电复合材料。此材料在平行于层间的电导率和垂直于层间的热导率之间的耦合关系解除。通过调控中间层PEDOT的厚度得到了性能优异的热电复合物。在室温下电导率提高到2.8×105S/m,在电导率和Seebeck系数共同贡献下,功率因子在198 K时达到1.64mWm-1K-2,增加至纯相的5倍。垂直方向的热导率在523 K时处于0.31Wm-1K-1和0.34Wm-1K-1之间变化,远低于纯相Sb2Te3的0.448 Wm-1K-1。中间层PEDOT为50 μm厚的复合物的ZT值从298 K的0.74上升到523 K的1.3,这个值是纯相的2倍。我们还通过氧化还原法成功将纳米Au颗粒包覆在Sb2Te3的六角片的表面及四周,形成新颖的Au@Sb2Te3异质结形态的热电复合物。热电性能的研究表明,随着起始溶液中Au含量的增加,电导率显着增加。在523 K处纯相的电导率为2.04 ×104 S/m,4%Au浓度的复合物的电导率提高到3.89×104S/m。在低浓度下Seebeck系数随着金含量的上升而增加,1% Au含量的复合物的Seebeck系数达到最大值175.8 μV/m。由于纳米Au颗粒以及Au-Sb2Te3之间的晶界对声子的强烈散射,复合物的热导率显着降低。1%Au浓度含量下,复合物的热导率降低到0.51849 W/(mK)。由于1%浓度下的Au@Sb2Te复合物的叁个热电参数同时得到优化,ZT值在523 K达到最大值0.8,是纯相的2倍。逾渗理论表明复合合适浓度的Au颗粒能够有效的提高热电优值。我们还研究了叁元P型半导体热电材料Sb2Te3-XSex的载流子浓度对电导率和热导率的影响,结合正电子湮灭分析手段给出了叁元材料Sb2Te3-xSex的点缺陷的变化与热电性能的关系。随着Se原子替代Te原子的数量增多,体材中的正电子的平均寿命缩短,点缺陷浓度逐渐降低,空穴浓度相应的降低,从而导致电导率和热导率的下降。
李新宇[9]2007年在《半导体纳米ZnO的制备、掺杂及光学性质》文中研究指明ZnO是新一代宽禁带、直接带隙的多功能II-VI族半导体材料。Zn0纳米材料在光电器件、表面声波和压电材料、场发射器件、传感器、紫外激光器、太阳电池等方面均具有广泛的应用前景。本文系统地研究了Zn0晶须的控制合成、生长机理及性能,采用简单的气相反应方法,实现了Zn0晶须形态和尺度的控制生长,制备出形态规则、结构均匀的各种Zn0晶须:一维Zn0纳米线、梳妆、花瓣状以及刺猬状Zn0纳米结构。利用扫描电子显微镜(SEM,JEOL-6360LV)和透射电镜(TEM)对实验中制备出的样品的形貌、尺寸和微观结构进行表征,用X射线衍射仪(XRD,MAC science M18X)对其结构和成分进行了分析.Zn0晶须生长的关键是控制成核和生长过程,而反应体系的工艺参数决定着成核和生长过程,最终影响Zn0晶须的形貌。刺猬状Zn0纳米结构经过两个步骤,先成核,然后生长纳米线,并发现在通入氧气之前形成的Zn液滴对辐射球状结构的形成起关键的作用;梳状纳米结构的形成先通过VS机制形成微米带,一侧的纳米线阵列通过自催化生长平行于(0001)极性面形成。对样品的光致荧光(PL)谱测量发现了位于390nm和495nm处的室温光致发光峰,分别对应紫外和绿光发射峰。对掺杂后的ZnO晶体结构、微观形貌、光学特性进行了表征和研究。采用场发射扫描电子显微镜(FSEM)对所得掺杂ZnO纳米材料进行微观形貌表征,结果表明一定量Mg的加入影响晶须的生长形貌。论文中选用氙灯激发,在不同激发波长作用下,观察到了室温下MgxZn1-x0纳米材料的光致发光((PL)谱在紫外、蓝光及绿光范围内的发光情况。其中,每个PL峰对应于一个特定的激发波长。蓝色发光峰的强度较强,紫外发光峰的强度较弱。同时,在同波长的激发光的作用下,随着Mg含量的增大,Zn0纳米材料的紫外发射峰上出现了微弱的蓝移现象(即向高能位置移动)。我们分析认为,实验中所观察到的Zn0和MgxZn1-x0纳米结构的UV发光峰则是由自由激子辐射复合引起的。另外,样品的蓝、绿色发光峰与纳米材料制备中产生的缺陷有关。
李江勇[10]2008年在《不同形貌ZnO纳米结构的制备及其发光性能研究》文中研究说明氧化锌(ZnO)是一种重要的直接宽带隙半导体无机材料,具有六角形纤锌矿晶体结构,室温下的带隙宽度约为3.37eV,激子结合能高达60meV。纳米ZnO表现出与体材料明显不同的电学、磁学、光学等性质,这些性质与材料的组成、尺寸大小以及维度和结构密不可分。ZnO纳米结构材料由于在光电子器件和传感器等方面的广阔的应用前景,正受到人们的广泛关注。本文主要利用高分子模板法和水热法制备出了具有各种形貌的ZnO纳米结构材料。运用各种表征和测试技术例如扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光光谱(PL)对所制备的ZnO纳米结构材料进行了分析研究。研究结果如下:(1)以高分子聚合物聚乙烯醇(PVA)为软模板制备出了具有球形形貌的ZnO超细粉体。PVA作为模板剂,在高温退火过程中对ZnO结晶和晶体生长起到网络限域的作用。研究结果表明,PVA浓度和热退火温度是材料合成的关键因素。在合适的制备条件下,可以得到大小在1~3μm,形貌规整,表面圆滑的球形ZnO。这种结构的材料具有优异的紫外发光性能,光致发光光谱表明在385nm处出现了一较强的发射峰。(2)同样采用PVA模板,通过PVA与乙酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)之间发生的离子络合反应,在PVA亚浓溶液所提供的空间位阻力作用下,经过烧结,在玻璃基底上获得了直径在15~50nm之间的呈放射状簇形排列的ZnO纳米柱。对其生长机理进行了详细研究。研究表明,在ZnO优先取向生长特性影响下,ZnO晶核沿径向各向异性生长,由于ZnO纳米晶晶面的吸附作用和各族晶面生长速率的比例受到影响,同族晶面得不到同等的发育,最终形成呈簇形排列的纳米柱。结果显示,随温度从400oC增加到700 oC,ZnO纳米柱结晶度得到改善,生长趋势总体趋于明显,形貌的规整性也明显变好。随着温度升高,ZnO发光性能也在逐渐改善,PL光谱曲线在354nm处出现了少见报道的较强的紫外发射峰。(3)通过水热法,以硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)和六亚甲基四胺(HMT)为原料在玻璃基底上生长出ZnO纳米和微米棒。分析了其生长机制,研究认为,ZnO纳米和微米棒生长时物理化学条件(水热条件)不同,影响到晶核的形成和晶体的生长,从而导致结晶形态有所不同。实验发现,反应物浓度和水热反应时间对于ZnO微纳米棒形貌结构的影响很大。光致发光光谱研究表明,合适条件下所得到的产物在386nm处出现了较强的紫外发射。(4)利用溶胶凝胶法在玻璃基底上制备一层ZnO晶种,然后再以水热法合成出了具有一定垂直取向性的ZnO纳米棒阵列。XRD证明纳米棒沿c轴生长。提高甩膜速率,在恰当的水热反应物浓度时,ZnO纳米阵列排布较为均匀,直径分布趋于一致。光学性能研究表明,纳米阵列在436nm(2.85eV)和520nm(2.38eV)处出现了较强的蓝光发射和绿光发射。
参考文献：
[1]. 低维材料应力/应变传感器的构建与性能研究[D]. 廖新勤. 北京科技大学. 2017
[2]. 水热/溶剂热法可控合成低维纳米材料[D]. 史淑凤. 东北师范大学. 2008
[3]. 叁维镍/钴电极材料的构建及超级电容性能研究[D]. 严涛. 江南大学. 2016
[4]. 基于低维纳米材料的可穿戴电化学生物传感器电极研究[D]. 庄俊城. 深圳大学. 2017
[5]. 微乳液法制备低维纳米材料的控制方法研究[D]. 梁依经. 重庆工学院. 2008
[6]. 低维无机—有机杂化纳米材料的制备及性质研究[D]. 薛峥. 吉林大学. 2016
[7]. 低维纳米材料的非线性光学特性及其在被动光纤脉冲激光器中的应用研究[D]. 郑鑫. 国防科学技术大学. 2015
[8]. 低维化Sb_2Te_3基热电复合材料的制备及性能优化[D]. 郑文文. 武汉大学. 2016
[9]. 半导体纳米ZnO的制备、掺杂及光学性质[D]. 李新宇. 湘潭大学. 2007
[10]. 不同形貌ZnO纳米结构的制备及其发光性能研究[D]. 李江勇. 天津理工大学. 2008
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