WO_3纳米材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-03-22 15:09

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【摘要】：纳米科技诞生于20世纪80年代,其以独特的性能促进着科技的进步,提高社会文明度并改善着人类的生活质量。现如今,纳米科技已成为世界各地都在试图取得长远发展的科学领域。 在众多过渡金属氧化物中三氧化钨(W03)是一种禁带宽度为2.6eV的N型半导体。低维的W03纳米材料具有很高的表面体积比,在光照下会有电子-空穴对的产生与复合,从而产生光电效应。由于其自身特有的物理与化学特性,W03可用于很多领域,如气体传感器、光催化剂、电致变色器件等。由于当前光电子器件日益微型化的迫切要求,纳米结构作为构成光电子器件的基元材料,在它应用于真正的电子器件之前,对其电输运性质及气敏特性进行研究有着重要的意义。 本文对W03纳米结构从以下几个方面展开了详细的研究： (1)高质量纳米线的制备。为了找到经济、便捷、有效且可重复的生长方法,利用化学气相沉积(CVD)方法合成W03纳米线。调节实验中对最终产物起着关键影响作用的因素,如气氛和温度等,研究这些条件对产物有何影响。 (2)ZrO2和W03薄膜的制备。利用溅射的方法,以叉指电极为衬底淀积ZrO2和W03薄膜。控制溅射的时间,最开始先在电极上溅射10min,20min,30min和40min的Zr02,即为第一层材料。继而在四个电极上统一溅射100min的W03。测试中四个电极都表现出了隧道效应,并且随着厚度的增加,粒子隧穿的难度增加,薄膜出现隧道效应的可能性减小。 (3)对实验中得到的纳米线和纳米薄膜进行分析。采用透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和能谱分析(EDS)等分析测试手段,对制备的纳米材料的形貌、成分和结构进行分析与表征。确定了纳米材料的微观结构。 (4)测试W03纳米线的基本性能。利用已生长好的WO3纳米线搭建光电探测器。将器件置于UV LED照射下,测试其进行光电响应情况。将器件置于氧化性气体(N02和02)中,测试其气敏特性。 (5)测试W03纳米薄膜光电导特性。将带有W03薄膜的叉指电极置于UV LED照射下,电极出现持续光电导(PPC)现象。为了探索影响PPC现象的因素,先将电极置于不同的气氛中,发现PPC现象并没有得到缓解。当电极经过退火处理后,PPC现象得到了明显缓解。说明退火可以减少晶体缺陷,提高薄膜的性能。
【关键词】：三氧化钨 纳米结构 光敏特性 气敏特性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.1;O614.613
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景9-10
• 1.2 氧化钨纳米结构10-12
• 1.3 氧化钨器件的应用及发展12-13
• 1.3.1 电致变色器件的应用12
• 1.3.2 热控器件的应用12
• 1.3.3 气体传感器的应用12-13
• 1.3.4 催化剂的应用13
• 1.4 本论文研究的主要内容13-15
• 2 氧化钨纳米材料生长方法与表征方法15-30
• 2.1 纳米材料生长方法15-17
• 2.1.1 直接气-固法15-16
• 2.1.2 金属催化法16-17
• 2.1.3 模板辅助合成法17
• 2.2 纳米材料的表征方法17-20
• 2.2.1 透射电子显微镜(TEM)17-18
• 2.2.2 原子力显微镜(AFM)18
• 2.2.3 X射线能量色散谱(EDS)18-19
• 2.2.4 X射线衍射(XRD)19
• 2.2.5 X射线光电子能谱分析(XPS)19-20
• 2.3 生长过程中氧化钨纳米结构的多样性20-29
• 2.3.1 氧化钨的一维纳米结构20-25
• 2.3.2 氧化钨的二维纳米结构25-27
• 2.3.3 氧化钨的复杂纳米结构27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 三氧化钨纳米材料的制备及表征30-46
• 3.1 三氧化物纳米线的制备30-37
• 3.1.1 实验设备30-32
• 3.1.2 实验过程32-33
• 3.1.3 气体对三氧化钨纳米线的影响33-35
• 3.1.4 温度对三氧化钨纳米线的影响35-37
• 3.2 三氧化物纳米线的表征37-38
• 3.3 三氧化钨纳米薄膜的制备38-41
• 3.3.1 实验设备39
• 3.3.2 实验过程39-41
• 3.4 三氧化钨纳米薄膜的表征41-44
• 3.5 本章小结44-46
• 4 三氧化钨纳米材料的性能研究46-64
• 4.1 三氧化钨纳米线的性能研究46-55
• 4.1.1 三氧化钨纳米线的光电响应47-51
• 4.1.2 三氧化钨纳米线对NO_2的气敏特性51-54
• 4.1.3 三氧化钨纳米线对O_2的气敏特性54-55
• 4.2 三氧化钨纳米薄膜的性能研究55-63
• 4.2.1 不同气氛对三氧化钨纳米薄膜的影响56-59
• 4.2.2 退火对三氧化钨纳米薄膜的影响59-63
• 4.3 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 致谢71-72

【参考文献】

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本文编号：261744