金属颗粒—硅纳米线复合结构的制备和应用研究

论文摘要

近年来,纳米材料由于其独特的性能及应用成为研究学者关注的焦点。硅纳米线具有独特的结构、电学、光学和热学性能,因而在纳米电子器件、传感器、太阳能电池及锂离子电池等领域有着十分广泛的应用。本论文以硅纳米线为研究对象,利用金属诱导化学刻蚀法制备的硅纳米线为模板,用金属修饰制备金属-硅纳米线复合结构。在此基础上利用复合结构比表面积大、导电性能优良等优势制备了传感器和光电化学电池并对其进行测试,取得了一些重要结果。主要内容如下:1.采用金属诱导化学刻蚀法制备了单晶有序硅纳米线阵列。实验表明,我们制备出了高纯度硅纳米线,其直径分布在50-300纳米之间。硅纳米线的长度可通过控制刻蚀时间进行有效控制。制备的硅纳米线晶体结构完好,掺杂浓度与掺杂类型可以通过选择特定的硅基板进行控制。此外,硅纳米线的表面粗糙,硅纳米线的生长方向可以通过控制刻蚀剂的浓度进行有效控制。2.以氢钝化金属诱导化学刻蚀法制备的硅纳米线阵列为模板,采用化学镀方法制备了银纳米颗粒-硅纳米线复合结构。利用这种复合纳米阵列结构构筑了一种用来检测过氧化氢的传感器。电化学实验测试表明制备的复合纳米结构具有优良的导电性并且单位体积有效催化面积大,因而构筑的过氧化氢的传感器检测速度快、检测极限低、线性范围宽和灵敏度高。我们的结果表明银纳米颗粒-硅纳米线复合结构有望在未来制备无酶电化学过氧化氢传感器得到很好的应用。3.以氢钝化金属诱导化学刻蚀法制备的硅纳米线阵列为模板,用化学镀法在硅纳米线表面沉积一定量的铜颗粒制备了铜颗粒-硅纳米线复合结构。我们测试了不同条件下复合纳米结构的光电流,发现了明显的光电流增强现象。与相同条件下未镀铜硅纳米线的光电流相比,化学镀铜3分钟的铜颗粒-硅纳米线复合结构的光电流增强近20倍。实验结果表明铜颗粒-硅纳米线复合结构在提高太阳能电池光电转换效率中有着潜在的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 硅纳米线的制备方法
• 1.2.1 化学气相沉积法
• 1.2.2 激光烧蚀法
• 1.2.3 热蒸发合成法
• 1.2.4 溶液合成法
• 1.2.5 金属诱导化学刻蚀法
• 1.2.6 其他方法
• 1.3 硅纳米线的应用
• 1.3.1 纳米电子器件
• 1.3.2 太阳能电池
• 1.3.3 纳米传感器
• 1.3.4 锂离子电池
• 1.3.5 热电材料
• 1.3.6 其他应用
• 1.4 本文的选题以及主要工作
• 第2章 单晶硅纳米线的制备及测试
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 XRD 和EDS 分析
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析
• 2.3.3 金属诱导化学刻蚀法制备硅纳米线机理分析
• 2.4 小结
• 第3章 银纳米颗粒-硅纳米线复合结构的制备与过氧化氢传感性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 复合结构表征
• 3.3.2 CV 测试及i-t 参数优化
• 3.3.3 过氧化氢传感性能分析
• 3.4 小结
• 第4章 铜颗粒-硅纳米线复合结构及其在光电化学电池中的应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 复合结构表征
• 4.3.2 复合结构光电流测试
• 4.3.3 光电流增强机理分析
• 4.4 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文