关键词： Ag掺杂二氧化锡   纳米颗粒   H2S气体检测  

摘要： 采用溶胶-凝胶法制备了纯SnO2和1.5wt%、3wt%和4.5wt%Ag-SnO2纳米颗粒样品,并采用x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散x射线(EDAX)等分析方法对样品进行了结构、形貌和成分的表征研究。随后在特定温度、特定浓度(目标气体为硫化氢)的条件下,测试上述4种样品对H2S气体的敏感特性。结果显示,在100℃的工作温度下,3wt%Ag-SnO2对450 ppm硫化氢气体(H2S)具有良好的敏感特性。

关键词： 表面增强拉曼光谱   核壳金银纳米粒子   法莫替丁   血浆  

摘要： 该文开发了一种基于Au@Ag纳米颗粒(Au@AgNPs)快速检测法莫替丁(FMD)的表面增强拉曼光谱(SERS)方法。通过种子介导法合成了Au@AgNPs,再采用场电子发射显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和X射线衍射仪(XRD)对Au@AgNPs进行表征,以罗丹明6(RG6)为分子探针对合成的Au@AgNPs的SERS性能进行了测试。结果显示,合成的Au@AgNPs形貌均匀,具有良好的增强效果,增强因子为6.66×10^5,将其用于法莫替丁标准溶液的SERS检测,在0.5~50μmol/L范围内法莫替丁浓度的对数和1 540 cm^-1处峰强度的对数具有较好的线性关系,相关系数(r2)为0.978,检出限(LOD)为4.18×10^-8 mol/L。在同样的条件下对稀释血浆中的法莫替丁进行了SERS检测,LOD为1.11×10^-7 mol/L,加标回收率为91.6%~122%,相对标准偏差为6.6%~12%,表明该方法快速、灵敏,在生物样本检测方面具有潜在的应用价值。

关键词： ZnO∶Cu纳米颗粒   Ag/ZnO异质结   高分子网络凝胶   光催化  

摘要： 采用高分子网络凝胶法制备了Ag沉积的ZnO∶Cu纳米颗粒。XRD和SEM结果表明,Cu掺入后ZnO纳米颗粒的晶粒尺寸有所减小,但颗粒分散性得到改善。XPS谱的分析表明,Cu在样品中以Cu^2+和Cu^+的形式共存。结合PL光谱分析,认为Cu^2+和Cu+间的能级跃迁是引起蓝光发射的重要因素。UV-vis光谱显示掺铜明显提高了Ag-ZnO复合体系对可见光的吸收。分别在模拟太阳光和紫外光下降解亚甲基蓝(MB),测试样品的光催化性能。分析认为,Cu离子与Ag/ZnO异质结之间的协同作用能促进光催化反应的进行,与掺5%(摩尔分数,下同)Cu的Ag-ZnO纳米颗粒相比,微量掺杂0.2%Cu的Ag-ZnO样品在形貌、光学性能等方面更具优势,因此表现出更优异的光催化活性。

关键词： Bi2Te3薄膜   硅基异质结   侧向光伏效应   光电效应  

摘要： 光电效应,是指在光照射下时材料电学性质发生变化的现象,根据不同的光照及工作方式又可分为纵向光电效应和侧向光伏效应,它们分别在光电探测器和光位置灵敏探测器中具有广泛应用和研究。BiTe作为一种宽频带光电探测的理想材料,具有带隙较窄,光吸收系数强等特点,一直是科学家们在光电器件研究的热门材料之一,但是局限在传统的光电探测器中,对其侧向光伏效应及光位置灵敏探测器方面的研究和报道极少。本文以BiTe/Si异质结为研究对象,系统研究了其纵向光电效应和侧向光伏效应,并且通过引入Ag纳米颗粒增强表面等离子体共振来提高其光电探测性能及侧向光伏响应特性,为该异质结在多功能光电器件的应用和研究打下坚实的基础。首先,通过磁控溅射镀膜系统在n型Si衬底上制备BiTe薄膜,通过改变溅射时间,得到BiTe薄膜厚度分别为10.5 nm、14 nm、28 nm、42 nm、56 nm的5个样品,对样品进行了SEM、XRD、Raman、吸收及透射光谱测试,研究了BiTe薄膜厚度及激光功率变化对光电探测性能的影响。通过光响应度及探测度计算发现,样品的响应度和探测度均随激光功率的增加在减小,但强烈依赖于薄膜厚度,14 nm样品的光电响应最好,响应度达到0.135 A/W,探测度达到0.4×1000 Jones。还研究了BiTe薄膜厚度对BiTe/Si结侧向光伏响应的影响,得到不同样品的位置灵敏度随激光功率增加均呈指数增长,并逐渐趋于饱和,其中10.5 nm的样品灵敏度最高,达到了135 mV/mm,且非线性度保持在10%以内。其次,在原有结构的基础上,通过磁控溅射镀膜系统在BiTe/Si异质结的界面引入一层Ag纳米薄膜,构成BiTe/Ag/Si结构,通过改变溅射时间制备了不同厚度的Ag纳米薄膜,分别为2.2 nm、4.4 nm、6.6 nm、8.8 nm。通过SEM观察了Ag纳米薄膜的形貌,Ag纳米薄膜是不连续的,由一颗颗不连续的Ag纳米颗粒构成,而引入Ag纳米颗粒后使入射光与Ag纳米颗粒间相互作用产生局域等离子体共振,增强了光的吸收。最后,研究了Ag纳米薄膜厚度及激光功率变化对光电探测性能的影响,得到不同Ag纳米薄膜层厚度样品的响应度和探测度仍随激光功率的增加在逐渐减小,但相对于没有Ag纳颗粒的样品,性能得到了不同程度的提高,其中Ag纳米薄膜为6.6 nm样品的光响应度及探测度最高,响应度达到0.128 A/W,比同条件下未引入Ag纳米颗粒的样品(0.075 A/W)提高了近1.7倍;探测度达到0.47×1000 Jones,比同条件下未引入Ag纳米颗粒的样品(0.08×1000 Jones)提高了近5.9倍。还研究了Ag纳米薄膜厚度对BiTe/Si结构的侧向光伏效应的影响,发现引入银纳米颗粒同样可以提升其侧向光伏响应性能,特别是Ag纳米薄膜为6.6 nm样品的位置灵敏度最高达到了168 mV/mm,比同条件下未引入Ag纳米颗粒的样品(62 mV/mm)提高了近2.7倍,同时还降低了非线性度(2%-6%之间)。

关键词： 绿色合成   Ag NPs   杀菌机理  

摘要： 长期以来,由于细菌的蔓延和传播严重影响了人类的生产和生活,面对层出不穷的耐药菌的威胁,开发新型抗菌药物迫在眉睫。贵金属纳米材料由于其广普的杀菌性能备受青睐,其中Ag纳米粒子(Agnanoparticles,Ag NPs)是应用最广的纳米杀菌材料。本文采取绿色合成的方法制备了Ag NPs,并对绿色合成Ag NPs的反应机理进行分析,探究了影响贵金属纳米颗粒的生长因素。同时,本文还对绿色合成的Ag NPs的抗菌性能进行了检测,探究Ag NPs的杀菌机理。主要的研究内容如下:(1)Ag NPs的绿色合成。以AgNO为银源,以银杏叶提取物为还原剂和包覆剂,采用绿色化学的合成方法制备了Ag NPs。借助FTIR、UV-vis等测试手段对Ag NPs的生长机理进行分析,对比分析了银杏叶提取物的成分等实验参数对Ag NPs的影响,合成的Ag NPs尺寸在10-20 nm之间。(2)Ag NPs的抗菌性能测试。基于制备的绿色纳米粒子,本文研究了Ag NPs的抗菌性能。结果显示,Ag NPs具有显著的抗菌活性,尤其是Ag NPs对耐药的铜绿假单胞菌也展现极强的杀菌效果(MIC为0.044μg/m L,MBC为0.088μg/m L),该绿色合成Ag NPs的抗菌性能远远高于已有的报道(MIC为20μg/m L)。此外,本论文也探究了Ag NPs的抗菌机理。(3)Ag NPs自组装薄膜的制备。基于绿色合成的Ag NPs单分散性较好的特性,本文构建了一套液相的成膜系统,制备了单层的Ag NPs自组装薄膜。Ag NPs自组装薄膜基底应用于对罗丹明(R6G)染料分子的检测,其检测的最低限度为10 M。

关键词： 金属-有机骨架材料(MOFs)   纳米复合材料   过氧化氢   电化学传感器  

摘要： 电化学传感方法检测HO含量具有很多优点,已有很多文献报道。然而,受纳米材料形貌、传感界面构建方法等因素的影响,其灵敏度和检出限有待进一步提高。实验通过水热法合成了银-对苯二甲酸金属-有机骨架纳米复合材料(Ag-MOFs),为提高传感器的分析性能,又将金纳米颗粒(AuNPs)负载于Ag-MOFs表面,合成了AuNPs/Ag-MOFs,从而构建了一种新颖的无酶HO电化学传感器。使用透射电镜表征,发现Ag-MOFs呈棒状,长400～600nm。通过循环伏安法、安培法等电化学方法测定了电化学传感器的性能。所构建的电化学传感器对HO的还原具有优异的催化性能,催化电流与HO浓度在0.6μmol/L～18.5mmol/L呈线性关系,灵敏度高达219.5μA·(mmol/L)·cm,检出限为0.3μmol/L(S/N=3)。选择3个消毒剂样品,实验前,首先稀释样品溶液,再采用电化学传感器测定了其中HO浓度,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)小于4%;且与KMnO4滴定法测定结果基本一致。

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FeO(Ag@FeO)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@FeO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的情况下,其比电容达到7.34 F cm(1931.70 F g),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时能量密度为379.8 Wh kg;功率密度为2631.6 W kg时能量密度为123.9 Wh kg。利用密度泛函理论计算了Ag/FeO电导率和界面效应,从理论上证明Ag@FeO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的功率密度下,其能量密度可以达到60.3 Wh kg;在4255.3 W kg的功率密度下,其能量密度也可以保持在16 Wh kg。结果表明,Ag@FeO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的电流密度条件下,达到了30.2 F g的比电容。当功率密度为1800 W kg时,能量密度为48.96 Wh kg,即使功率密度为9000 W kg时,也能保持在31.5 Wh kg。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   纳米棒阵列膜   时域光电导   持续光电导效应   Ag纳米颗粒  

摘要： 氧化锌（ZnO）作为一种传统的金属氧化物半导体材料,在发光二极管、光催化剂、光探测器及传感器等领域展现出了巨大的应用潜力。在ZnO多种形态的纳米结构中,一维（1D）结构具有直接用于制造器件的潜力,其独特的形态为载流子的输送提供了高效的平台,对于电子和光电设备来说非常有利。研究ZnO在光的作用下载流子的产生与复合的基本过程是改善和提高器件性能的基础。本文选择水热法制备的ZnO纳米棒阵列膜作为研究对象,通过在ZnO纳米棒表面修饰不同含量的Ag纳米颗粒及调控ZnO纳米棒直径的方法,系统地调控ZnO在光电响应和弛豫过程中可能存在的内禀和外禀的影响因素。随后表征ZnO基纳米棒阵列膜在波长为365 nm的UV光激发下的时域光电导谱,并研究了ZnO光电响应和弛豫特性与材料结构之间的联系。首先,通过浸渍提拉法在ZnO纳米棒表面修饰不同含量的Ag纳米颗粒,研究了表面修饰Ag纳米颗粒对ZnO纳米棒阵列膜光电响应和弛豫过程的影响。结果表明ZnO表面引入Ag纳米颗粒后,暗电导值会大幅度降低,Ag浓度越高,暗电导值越小。即使光电导值较纯ZnO有所降低,Ag/ZnO光电响应阶段响应度有较大提升,最大光响应度值较纯ZnO增加了近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。运用能带理论解释Ag纳米颗粒的作用机理:由于Ag的费米能级位于ZnO的禁带中,卸光后ZnO上没有被消耗的电子会不停地从ZnO往Ag转移,直至金属/半导体之间再次形成一个统一的费米能级,这个由于电势差带来的电子转移过程非常快,削弱了ZnO纳米棒阵列膜的PPC效应。Ag浓度越大,形成了更多的Ag-ZnO接触点,电子转移过程有更多的通道,PPC效应越不明显。之后,基于ZnO纳米棒阵列膜存在的显著的PPC效应,从光生载流子储存的角度展开进一步的研究。在表面修饰Ag纳米颗粒的前提下,改变ZnO纳米棒的直径,发现ZnO纳米棒阵列膜的PPC效应展现出了一定的可控性。ZnO纳米棒直径越大,对应的PPC效应越显著。而且,表面修饰Ag纳米颗粒和调控ZnO纳米棒直径对PPC效应的调控可以同时起作用。最后,以UV光激发下的多周期循环光电导谱为基础,对ZnO基纳米棒阵列膜光生载流子的存储进行了定量化的表征。将关闭激发光源后载流子的存储看做缺陷对载流子的捕获过程,不同直径及Ag浓度修饰下的ZnO纳米棒缺陷的状况都不相同,体现在光电导谱上就是光生载流子存储能力存在差异,对光生载流子存储的定量化表征为ZnO缺陷的定量化表述提供了新思路。

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5×10M,增强因子达到1.1985×10,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： 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。