T iO2纳米管阵列的制备及其光电化学性质研究*
刘世凯1,杨海滨2
(1.河南工业大学材料科学与工程学院,河南郑州450001;2.吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林长春130012)
摘要:以H3PO4/NH4F水溶液为电解液,在20V 下阳极氧化钛片1h制得TiO2纳米管阵列,其管径约为100nm,管长约800nm。经不同温度煅烧后,利用FESEM、XRD和光电化学分析测试系统分别对纳米管阵列的形貌结构、晶相组成以及光电化学性质进行研究。光电化学特性研究结果表明600e热处理后性能最佳。当前体系中所制备的薄膜结构上高度有序,光电化学性质优良,作为光电极材料在太阳能光电转换、光催化等领域具有广阔的应用前景。
关键词:TiO2;纳米管阵列;阳极氧化;光电化学
中图分类号:O614.41;O649.4;T B383
文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2011)增刊Ⅴ-0899-02
1引言
阳极氧化是自组织薄膜的制备方法之一,早期主要用于制备Al2O3多孔膜。1999年,Zw illing等[1]在含H F的电解液中阳极氧化金属钛和钛合金获得了多孔阳极氧化膜;Grimes等[2]于2001年首次在金属钛基表面制得高度有序的TiO2纳米管阵列结构。这种纳米管阵列结构制备方法简便,氧化物薄膜在导电基底上原位生长,纳米管分布均匀,以整齐的阵列形式排列,解决了传统光阳极制备的繁复性,且可靠性高;特殊的有序纳米管阵列结构使其具备良好的电子传输能力。因此其在太阳能电池[3]、光解水制氢[4]、光催化剂[5]、敏感器件[6]等领域引起人们的极大关注。
目前,阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列工艺的研究主要集中在电解液组成、pH值、电压、阳极氧化时间和温度等几个方面。通过对这一系列参数的调节实现了T iO2纳米管阵列管径、管长和形貌的可控制备[7,8],本文作者也在该领域开展了一些工作[9,10]。本文采用0.5%(质量分数)N H4F+0.1m ol/L H3PO4水溶液为电解液,在20V下恒压氧化钛片1h,制备TiO2纳米管阵列,研究其表面形貌结构,在不同温度下晶化后研究其光电化学性质。
2实验
2.1TiO2纳米管阵列的制备
首先将钛箔(厚0.35m m,纯度99.96%)剪成尺寸为4cm@3cm的小片,然后将之放入去离子水中超声清洗2次,接着分别在丙酮、异丙醇和无水乙醇中各超声清洗15m in,最后用去离子水清洗完毕后烘干待用。
以Ti片为阳极、石墨片为阴极,以0.5%(质量分数)NH4F+0.1m ol/L H3PO4水溶液为电解液,在20V下恒压氧化1h。反应完毕后用去离子水充分冲洗,在空气中自然晾干,在不同温度(300~700e)下热处理3h,升温速度控制在5e/min左右。
2.2样品的性能及表征
采用JSM-6700F型冷场发射扫描电镜(FESEM)进行微观形貌结构观察;用Rig aku D/max-rA型X射线衍射仪(CuK A,K=0.15418nm)分析纳米管阵列的晶型。样品光电化学性质通过一个与CH I601c电化学工作站相连的三电极石英池体系进行。该系统中,纳米管阵列膜为工作电极,Pt网为对电极,饱和Ag/ AgCl电极为参比电极,1mo l/L KOH为测试电解液;通过500W氙灯模拟太阳光,光强度为100mW/cm2。主要研究由线性扫描伏安法(LSV)测量的I-V曲线,其中线性扫描的速度为10mV/s。
3结果与讨论
3.1纳米管阵列XRD分析
图1所示为所制备的纳米管阵列经不同温度热处理后的XRD谱图,考察的热处理温度范围是300~ 700e
。
图1不同温度热处理后纳米管阵列的XRD谱图Fig1XRD spectr a o f as-pr epared nanotube arrays an-nealed at different tem perature
由图1可知,未经热处理的纳米管阵列为无定型结构;当热处理温度为300e时开始出现TiO2锐钛矿的(101)特征峰,经过500e热处理后,有少部分锐钛矿开始转变为金红石相;而在600e下热处理时,金红
899
刘世凯等:T iO2纳米管阵列的制备及其光电化学性质研究
*基金项目:河南省教育厅自然科学基金资助项目(2011B430005);河南工业大学博士基金资助项目(2009BS032)收到初稿日期:2011-05-23收到修改稿日期:2011-07-19通讯作者:杨海滨
作者简介:刘世凯(1979-),男,河南登封人,博士,副教授,主要从事新型纳米功能材料的制备及应用研究。
石相对锐钛矿相占据一定的比较优势;当继续升高热处理温度时,锐钛矿进一步向金红石相转变。700e 时,金红石相占绝对优势,但锐钛矿相仍然明显存在,这与已经报道的结果不同,这表明当前体系所制备的纳米管阵列具有较好的物相结构稳定性。3.2 纳米管阵列的形貌结构
图2所示为TiO 2纳米管阵列薄膜的形貌结构,其中氧化电压为20V,时间为1h,热处理温度为600e 。该薄膜基本由纳米管紧密有序自组装而成,纳米管口圆度稍差(图2(a ));从侧面图上看纳米管独立性较好,存在些许缺陷(图2(b)),可能由于测试制样过程中外力损伤所致,或者与热处理时所产生的热应力相关。与经过较低温度热处理样品的形貌(这里未直接给出)相比,并无明显变化,表明纳米管阵列具有较高的热稳定性。当前体系中所制备纳米管的平均内径约100nm,管长约800nm
。
图2 所制备的TiO 2纳米管阵列形貌结构
Fig 2To p view and cr oss -sectio n FESEM images of
the T iO 2nano tubes
3.3 不同温度热处理纳米管阵列光电化学性质
图3(a)所示为所制备纳米管阵列不同温度热处理后的I -V 曲线。考察的热处理温度为300~600e 。从样品的I -V 关系来看,总体上当热处理温度低于600e 时,除了500e 相对400e 的曲线稍微出现不符以外(需进一步验证研究),随着温度升高将获得较好的光电性能。所测试光电流密度对应的光转化率特征与I -V 特征相一致,如图3(b)所示。经600e 热处理的样品具有最优的光电化学性能,光转化率约0.95%,这可能与该温度下纳米管的有序结构及适宜的混晶物
相有关。
图3 所制备纳米管阵列经不同温度热处理后的光电
流密度和相对应的光转化率
Fig 3Photocurrent density and corr esponding photo -conversio n efficiency o f as -prepar ed T iO 2nano -tube arrays annealed at differ ent temperatur e
4 结 论
通过阳极氧化方法,在0.5%(质量分数)NH 4F+0.1mol/L H 3PO 4水溶液体系中制备了纳米管阵列膜,氧化电压20V,时间1h 。所制备纳米管阵列平均管径约100nm,管长约800nm 。所制备的纳米管阵列具有较好的结构稳定性,其光电化学性质大致随热处理温度的升高而提高,600e 热处理的纳米管光电化学性质最优,这归因于纳米管的有序结构及混晶物相组成等。当前体系中所制备纳米管薄膜的有序程度较高,光电化学性质较好,经过改性后在相关研究领域具有重要应用潜力。参考文献:
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(下转第904页)
粒等杂质、使纳米碳管的分散性得到明显提高,不但引入了羟基、羧基等活性官能团,增大了其比表面积,而且能够使纳米碳管的结构更加完善,有利于以后在各方面的应用。所合成的碳管为多壁纳米碳管,经酸处理后样品的管壁碳层数高达20层以上,管壁厚度约10nm,外径约为30nm,且碳层沉积规则,管道均匀,说明样品的品质优良。
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Preparation and surface modification of multi-walled carbon nanotubes JI M ei-ru,FU Xiao-qi,DIN G H ai-hui,ZH AO Qian,JIANG T ing-shun (Schoo l of Chemistry and Chem ical Engineering,Jiangsu U niv ersity,Zhenjiang212013,China) Abstract:Carbon nanotubes(CNTs)w ere synthesized by chemical vapor deposition(CVD)metho d using the Co-M CM-41as a catalytic template by the py rolysis o f ethano l at atm ospheric pr essure.T he as pr epared CNT s w ere refluxed using concentrated nitric acid at120e for purificatio n and surface modification.The physico-chem ical proper ties of the obtained samples w ere character ized by X-ray diffraction(XRD),Fo urier transfo rm infrared spectro scopy(FT-IR),transmissio n electron m icroscopy(TEM),N2physical adsorption and Ram an spectroscopy,respectively.The results show that the open-ended,hig hly purified and mult-i w alled car bon nanotubes w ith uniform diameter and thick w all w ere successfully synthesized.After ox idation treatment by concentrated nitric acid,some functio nal groups such as carbox yl and hydrox yl ex ist o n the surface of CNTs. Key words:cobal-t containing mesoporous molecular sieve;chemical vapor deposition;carbon nanotubes;surface modification
(上接第900页)
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Preparation and photoelectrochemical properties of TiO2nanotube arrays
LIU Shi-kai1,YANG Hai-Bin2
(1.School of Materials Science and Engineering,Henan University o f Technology,Zhengzhou450001,China;
2.State Key Laboratory of Superhard M aterials,Jilin University,Changchun130012,China) Abstract:T iO2nano tube arrays w ere sy nthesized o n pur e T i surfaces in aqueous phosphoric acid and ammo nium fluoride so lutions at20V for1h.The mor pholo gy and str ucture of the nano tube arr ay s w ere characterized by FESEM,the average tube diameter is about100nm and the tube length is about800nm.T he photoelectr ochem-i cal proper ties of T iO2nanotube arrays electro des w ere consider ed after annealed at different temperatures and the nanotubes annealed at600e w ere optimum.T he photoelectr ochemical perfo rmances w ere mainly investiga-ted by I-V curves.
Key words:TiO2;nanotube arrays;anodization;photoelectrochemical property
蔡司光电二极管阵列光谱仪模块(diode array spectrometer module) 发展外况 由于光学技术、材料技术、电子技术、计算机技术的迅速发展，蔡司于十年已开始光电二极管阵列光谱仪模块的生产及应用推广。现今这类产品已成为测量和分析的基本单元。只要在进行系统设计的基础上，配以相应的辅助部件、电路、计算机、软件等，能够研制出满足各种需求的精密仪器设备。 以光電二极管阵列光谱仪模块为核心的设备能够测量的参数：发光辐射度、荧光发射度、波长测量、颜色测量、膜层厚度测量、温度测量、浓度测量、气体成分测量等；能够测量的光谱达到的范围：紫外、可见、近红外和红外波段；能够测量的对象：激光、照明光源、发光管、液体、织物、宝石等；模块广泛应用于环境监测、工业分析、缺陷检测、化学分析、食品品质检测、材料分析、医学诊断、临床检验、航空航天、遥感等领域。 模块结构 光電二极管阵列光谱仪模块，具有一个设计极佳的结构组成，主体机壳全封闭式的将传送光的光纤(OPTICAL FIBRE)、光纤截面转换器(CROSS SECTION CONVERTER)、凹面成像光栅(CONCAVE GRATING)、二极管阵列紧凑(DIODE ARRAY)、永久的粘在一起，并有相应的电路(CIRCUIT BOARD)，构成尽可能小的单元模块。两种模块形式如图1、图2所示。 模块的集成和微型是随着光纤技术、光栅技术、二极管阵列检测技术、电子元器件技术、材料技术的进步和发展而来，更多地成为现场检测和实时监控仪器的首选单元。 图1 光電二极管阵列光谱仪模块(微型，内置控制电路和前置放大器)
图2 光电二极管阵列光谱仪模块(分辨率高，外置控制电路和前置放大器) 产品特点 1.工艺先进：紧凑的机械结构；全封闭；光学部件永久定位；没有机械调整；具有对机 械冲击高度的非敏感性；从而导致非常高的可靠性。 2.仅需要成像光栅，省掉了常规光谱仪中的透镜、凹面镜、平面镜等多个部件。 3.体积小；结构完全免维护；不需重新校正；结实耐用；热稳定性好。 4.可以选择较宽的动态范围和波长范围。 5.高感旋光性；高光谱分辨率；高灵敏度；高效率。 6.良好的波长重复性和波长准确性，结果完全可信。 7.用于各种测量目的，同时多波长测量；完整的多成分分析；测量简单可靠。 8.技术先进：能够连续、稳定、快速的采集光谱数据；测量速度之快，可以用于在线 分析。 单元模块 单元模块的大小是由光纤狭缝、成像光栅、检测器件等部件尺寸决定的。参见图1、图2。从物理光学的角度看，部件尺寸仅由所需要的分辨率决定。由于在许多应用中只需很高的重现性，因此在满足一定分辨率的情况下，采用尽量小的部件。 光电二极管阵列光谱仪模块系列的设计理念是：在硬件上尽量简化光、机结构设计，在尽量减少部件数量的同时，不同型号的模块中尽量使用相同部件。 模块主体 在光电二极管阵列光谱仪模块内部，主体是由UBK7玻璃制成，成像光栅直接贴在玻璃体上，这样光栅是完全固定的，能够理想地防止灰尘和气体的侵蚀。使用高光学密度的材料以及更大的光学孔径，可以使用很小的光栅，从而达到更小的失真。 为了达到更好的传输效果，对于紫外波段的模块，固体玻璃主体被换为中空主体并与
模板法： 按模板材料可分为碳纳米管模板法、多孔氧化铝模板法、聚合物膜模板法和生命分子模板法。其中聚合物模板法廉价易得。模板法的模板主要有两种：一种是径迹蚀刻聚合物膜，如聚碳酸脂膜，另一种是多孔阳极氧化铝膜，两者相比，氧化铝模板具有较好的化学稳定性、热稳定性和绝缘性，其余还有介孔沸石法、多孔玻璃、多孔Si 模板、MCM-41、金属、生物分子模板、碳纳米光模板等聚碳酸脂膜（聚合物）模板法：聚碳酸脂膜模板是所有聚合物膜模板中使用最广的一种，C.Schonenoberge等以不同规格不同厂家的聚碳酸酯过滤膜为模板，用电化学沉积的方法成功涤制备出了不同直径的Ni、Co、Cu和Au纳米线。 多孔氧化铝模板：采用该方法时，多孔氧化铝模板只是作为模具使用，纳米材料仍需要常规的化学反应来制备，如电化学沉积、化学镀、溶胶-凝胶沉积、化学 气相沉积等方法。多孔阳极氧化铝模板（AAO: porous anodic aluminum oxide）是典型的自组织生长的纳米结构的多孔材料，微孔直径大约在10~500nm之间， 密度为二丄1「「个/諾之间，阳极氧化法制备的有序多孔氧化铝模板的孔径大小一致，排列有序，呈均匀分布的六方密排柱状。通常孔径在20?250nm范围内，孔间距在5?500nm范围内。目前大部分究主要局限在以草酸为电解液的中孔径模板的制备和研究中。这是由于在草酸电解液中制得的模板较厚、孔径均一、大 小适中。膜厚可达100卩m以上。 当然模板法中这些只是作为模具使用，具体的纳米材料仍需要一些其它的方法来得到，常用的有电化学沉积、化学气相沉积法（CVD）化学聚合、溶胶-凝胶沉积等电化学沉积：电沉积方法主要分为三步，1、阳极氧化铝模板的制备及孔径的调节； 2、对氧化铝模板及阻挡层的径蚀，释放出有序的纳米线阵列，再经后续处理得到所需的纳米材料，开发出各种纳米器件。电沉积法只能制备导电材料纳米线，如金属、合金、半导体、导电高分子等。 按照电源不同分为直流沉积、交流沉积、循环伏安法沉积、脉冲电沉积。Al 在阳极氧化的过程中，表面生成由致密阻挡层和多孔外层组成的氧化铝膜，极薄的阻挡层具有半导体的特性，在沉积之前要先从铝基底上将多孔薄膜剥离，通孔，通过离子喷射或热蒸发等在模板表面涂上一层金属薄膜作为电镀阴极。该方法比 较复杂，也有研究者试图不将薄膜从铝基底上剥离，采用磷酸腐蚀致密层薄膜，但是该方法同时使多孔膜变薄，不易控制，也影响了纳米线的纵横比。 交流电沉积方法工艺简单可行，且不需要将模板和铝基底分离，通过控制电流、电压、频率、时间等参数，可合成各种纳米线有序阵列，其缺点是只能在孔中组装单一的金属或合金，当前对于交流沉积时，电流是如何通过阻挡层还没有定论。交流电沉积过程中的阳极电压作用至关重要！ 循环伏安法、脉冲电流法：Sun等采用该法，制备了长径比达500的Ag纳米线阵列，Kim采用脉冲电化学沉积法首次利用Ti涂层解决了AAO膜的阻挡层去除问题，并得到了Si基底上的Pd纳米线阵列。 交流电沉积没有滞留点沉积得到的排列有序且易堆叠，。AAO模板与循环伏安法相结合，被证实是一种制备形状与尺寸可控的有序金属或半导体自支持纳米线阵列结构的有效方法。与直流电沉积相比，脉冲电沉积具有高度可靠性，可补偿纳米孔区域内离子扩散输运动力的不足。 国内学者近几年来在这方面做的工作也较多，于冬亮等人分别在AAO 模板中采
Description Applications Zener diodes fabricated in a proprietary silicon avalanche technology protect each I/O pin to provide a high level of protection for electronic equipment that may experience destructive electrostatic discharges (ESD). These robust diodes can safely absorb repetitive ESD strikes at ±30kV (contact discharge, IEC 61000-4-2) without performance degradation. Additionally, each diode can safely dissipate 7A of 8/20μs surge current (IEC61000-4-5) with very low clamping voltages. Features ? ESD, IEC61000-4-2, ±30kV contact, ±30kV air ? EFT , IEC61000-4-4, 40A (5/50ns) ? Lightning, IEC61000-4-5, 7A (8/20μs) ? Low leakage current of 100nA (MAX) at 5V ? Tiny SOD723/ SOD882 (JEDEC MO-236) package saves board space ? Fits solder footprint of industry standard 0402 (1005) devices ? A EC-Q101 qualified (SOD882 package) ? Mobile phones ? Smart phones ? PDAs ? Portable navigation devices ? Digital cameras ? Portable medical devices Pinout Functional Block Diagram Life Support Note: Not Intended for Use in Life Support or Life Saving Applications The products shown herein are not designed for use in life sustaining or life saving applications unless otherwise expressly indicated.Application Example Signal I/O port B1Ground B2B3B4 1 2 SOD882 (AEC-Q101 qualified)
附件2 论文中英文摘要格式 作者姓名：张强 论文题目：宏量可控制备碳纳米管阵列 作者简介：张强，男，1984年3月出生，2004年9月师从于清华大学魏飞教授，于2009年7月获博士学位。 中文摘要 化学工程为现代高新技术产业的发展提供了最基本的生产手段与技术。近年来，纳米技术的蓬勃发展为新型工业开拓了科学和工程技术应用空间。作为一种具有一维管状结构的纳米材料，碳纳米管在力学、热学、电学、光学、声学等方面表现出优异的性能，成为纳米领域中最受关注的对象之一。随着应用研究的深入，人们发现，相互缠绕的聚团状碳纳米管往往作为一种化工原材料添加到最终产品中，这样就难以充分发挥碳纳米管的优异性能。相关研究表明，碳纳米管的取向和排列可以显著影响其作为宏观材料的性能。如果能够将碳纳米管做成高度规整的定向阵列结构，那么阵列本身就是带有功能的产品——超级弹簧、定向薄膜、过滤器、电池电极、场发射体等；碳纳米管阵列也可以经进一步加工形成人工合成的超强纤维、电子器件、高性能复合材料，从而极大地提高材料的性能；由于碳纳米管阵列的易分散性，即使破坏碳纳米管阵列的排列，将其单分散后应用于导电、导热、力学增强复合材料时仍表现出比聚团状单壁和多壁碳纳米管更为优异的性能。所以，碳纳米管阵列是诸多类型碳纳米管材料中的高端产品。 虽然高度规整的碳纳米管阵列已经开发出很多应用。但是，时至今日，基于碳纳米管阵列的所有应用还不能够看到明确的实用前景。其重要原因是可控、大规模宏量制备应用研究所需的宏量规模的定向碳纳米管阵列样品仍然非常困难。众多研究者采用高纯硅片作为基板，每批次仅获得几毫克碳纳米管阵列样品。碳纳米管阵列的市售价格可高达2000美元/片硅片。因此，要实现纳米技术为人类造福的目标，首要的问题就是能够探索出可在工业规模上大量生产碳纳米管阵列的方法。而探索宏量可控制备碳纳米管阵列的科学以及开发工业生产碳纳米管阵列的技术是化学工程发展中的新问题。本文研究了碳纳米管阵列所涉及到的各个尺度上的科学问题，并应用纳米过程工程的基本方法分析了碳纳米管阵列的宏量制备，探索制备过程中的技术和控制手段，为碳纳米管阵列的宏量制备提供一个切实可行的技术路线，进而为碳纳米管阵列的实用化铺平道路。 本文在理解碳纳米管团聚结构特点的基础上，对碳纳米管阵列的生长机理进行了探索。采用时空分析方法，指出在原子/分子层次上，碳纳米管的生长遵循气液固生长机制。此模型较好地解释单根碳纳米管如何在纳米金属催化剂生长，以及碳纳米管的直径控制，但是并未解释碳纳米管如何有效组装形成有序阵列。我们通过催化剂标记的方法，发现在单根尺度上，碳纳米管阵列遵循底部生长机制，即碳纳米管的生长点在其与基板结合的根部，但没有解释
碳纳米管阵列超双疏性质的发现 * 翟 锦 李欢军 李英顺 李书宏 江 雷 - (中国科学院化学研究所 北京 100080) 摘 要 用高温裂解酞菁金属络合物方法制备了几种具有不同形貌的阵列碳纳米管膜,并对其超疏水和超双疏性质进行了研究.对于具有均匀长度和外径的阵列碳纳米管膜,文章作者发现,在未经任何处理时,其表现出超疏水和超亲油性质,与水的接触角为15815?115b ,与油的接触角为0?110b .经氟化处理后,则表现出超双疏性质,与水和油的接触角分别为171?015b 和161?110b .对具有类荷叶结构的阵列碳纳米管膜,其表面形貌与荷叶的十分接近,且在未经任何处理时所表现出的超疏水性也与荷叶的非常接近,与水的接触角为166b ,滚动角为8b .这种超疏水和超双疏性质是由表面的纳米结构以及微米结构和纳米结构的结合产生的.这一发现为无氟超疏水表面P 界面材料的研究提供了新的思路. 关键词 阵列碳纳米管膜,超疏水,超双疏 DISC OVERY OF SUPER-AMPHIPHOBIC PROPERTIES OF ALIGNED CARBON NA NOTUBE FILMS Z HAI Jin LI Huan -Jun LI Ying -Shun LI Shu -Hong JI ANG Lei - (Institu te o f Che mistry ,Chin ese Aca de my o f Scien ces ,Be ijin g 100080,Ch ina ) Abstract Several kinds of aligned ca rbon nanotube(ACN T )films with different morphologie s were prepared by pyrolysis of me tal phthalocyanines.Supe r -hydrophobic and supe r -amphiphobic prope rties were studied in detail.The ACN T films with fairly uniform length and external diame ter sho wed supe r -hydrophobic and super -oileophilic prope r -ties,with contact angle s(CAs)of 15815?115b and 0?110b for wate r and rape seed oil respectively.After fluorina -tion trea tment,the se angles beca me 171?015b and 161?110b ,respec tively,showing both super -hydrophobic and super -oileophobic properties,typical of a super -a mphiphobic surface.For ACN T films wi th lotus -like structures,not only wa s the morphology close to tha t of lotus leave s,but their supe r -hydrophobic properties we re almost the same a-l so.The CA and sliding angle for wate r of this kind of films were 166b and 8b ,respectively.These super -hydrophobic and super -amphiphobic properties are caused by the nanostructures and the c ombina t ion of nanostructures and mic ro -structures on the surface.This discove ry may provide a ne w method to study supe r -hydrophobic surface P interface ma -terials without fluorine. Key words aligned c arbon nanotube films,super -hydrophobic,super -amphiphobic * 国家重点基础研究项目(批准号:G1999064504),国家自然科学 基金重大项目(批准号:29992530)2001-12-21收到 - 通讯联系人.E -mail:ji anglei@https://www.doczj.com/doc/f17851233.html, 在降雨之后的荷塘里,我们常常可以看到许多 水滴漂浮在荷叶上.这种现象是由于在荷叶的表面上有许多微小的乳突,这些乳突上含有疏水的蜡状物质,使得水滴不能渗入到荷叶中而引起的.这类疏水效果非常好的表面与水的接触角都比较大.最近,我们提出了双疏表面和超双疏表面的概念[1] ,即,既疏水又疏油的表面为双疏表面,而与水和油的接触角都大于150b 的表面为超双疏表面.超疏水和超双疏界面材料在工农业生产上和人们的日常生活中都有非常广阔的应用前景.例如,超疏水界面材料用在室外天线上,可以防积雪从而保证高质量地接收信 号;超双疏界面材料可涂在轮船的外壳和燃料储备箱上,可以达到防污、防腐的效果;在将它应用于石油管道的运输过程中,可以防止石油对管道壁粘附,从而减少运输过程中的损耗,并防止管道堵塞;将它用于水中运输工具或水下核潜艇上,可以减少水的阻力,提高行驶速度;用于微量注射器针尖上,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的
纳米线的制备方法 与零维量子点相比，纳米线具有阵列结构因此有更大的表面或体积比，尤其是他们所具有的直线电子传输特性，十分有利于光能的吸收和光生载流子的快速转移，由此使得这类准一维纳米结构更适宜制作高效率太阳电池（Si纳米线太阳电池）。《TiO2纳米线和ZnO纳米线则主要用于染料敏化太阳电池的光阳极制作》。 Si纳米线的生长方法： 迄今为止，已采用各种方法制备了具有不同直径、长度和形状的高质量的Si纳米线，利用各种表征技术对其结构特征进行了检测分析，就制备方法而言，目前主要有热化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、激光烧浊沉积、热蒸发、电子束蒸发（EBE）、溶液法和水热法等；就生长机制而言，则主要有气—液—固（VLS）法、气—固（VS）法、气—固—固（VSS）法、固—液—固（SLS）法等，就纳米线类型而言，又有本证Si纳米线和掺杂Si 纳米线之分。研究指出，Si纳米线的生长于Si纳米晶粒和量子点的形成不同，后者只需衬底表面具有合适密度与尺寸的成核位置，而前者除了具备上述条件外，还需要同时满足线状结构的生长规律与特点，因此工艺技术要求更加严格。研究者从实验中发现，如果能够利用某一催化剂进行诱导，使纳米点或团簇在催化剂的方向趋使作用下按一定去向生长，预计可以形成纳米线及其阵列结构。大量的研究报道指出，以不同的金属作为Si纳米线合成的催化剂，利用VLS机制
可以实现在Si晶体表面上Si纳米线的成功生长。 目前，作为制备Si纳米线的主流工艺应首推采用金属催化的VLS 生长技术，这种方法的主要工艺步骤是：首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等工艺沉积一薄层具有催化作用的金属（Au、Fe、Ni、Ga、Al），然后进行升温加热，利用金属与Si衬底的共晶作用形成合金液滴，该液滴的直径和分布于金属的自身性质、衬底温度和金属层厚度直接相关。此后，通过含Si的源气体（SiH4、Si2H6、SiCl4）的气相输运或固体靶的热蒸发，使参与Si纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核，当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后，结晶便会在合金液滴的下部分析出并最终生长成纳米线，而合金则留在其顶部，也就是说，须状的结晶是从衬底表面延伸，按一定的方向形成具有一定形状、直径和长度Si纳米线的。 除了VLS机制外，SLS机制也可以用于Si纳米线的可控生长，在这种情况下，预先在Si衬底表面沉积一层约厚10nm的金属薄膜（Au、Ni、Fe），然后再N2保护下进行热处理，随着温度的升高，金属催化粒子开始向Si衬底中扩散在界面形成Au-Si合金，当温度达到二者的共熔点时，合金开始融化并形成合金液滴，此时将有更多的Si原子扩散到这些合金液滴中去，当氮气通入反应室中时，液滴便面温度会迅速降低，这将导致Si原子从合金的表面分离和析出，其后，在退火温度为1000°C和氮气流量为1.5L/min的条件下，便可以实现可控Si纳米线的生长。在这，SLS与VLS生长机制的主要不同是：前者是以Si晶片衬底作为参与Si纳米线生长的Si原子的原
题名“一维纳米结构和纳米线有序阵列” 作者张立德;孟国文;李广海;叶长辉;李勇; 中文关键词 单位 中文摘要<正>随着纳米材料研究的不断深入,对性能的研究愈来愈迫切。但研究无序随机排列的纳米材料性能却非常困难,既便能获得一些结果,却由于试样之间的不统一与不均匀,使不同研究者获得的同类实验结果没有对比性。为此,我们发展了基于有序多孔氧化铝模板的纳米线有序阵列制备技术,实现了纳米线直径可控、密度可调。为纳米材料性能的研究提供了保障,为纳米材料的应用奠定了基础。 基金 刊名中国科技奖励 年2007 期03 第一责任人张立德; 2 题名纳米线阵列及纳米图形制备技术的研究进展 作者雷淑华;林健;黄文旵;卞亓; 中文关键词纳米线阵列;;纳米图形;;信息技术 单位同济大学材料科学与工程学院,同济大学材料科学与工程学院,同济大学材料科学与工程学院,同济大学材料科学与工程学院上海200092,上海200092,上海200092,上海200092 中文摘要当今纳米技术研究的前沿和热点之一是将纳米线按一定方式排列与组装构成纳米线阵列及纳米图形,它们是下一代纳米结构器件设计的材料基础,在激光技术、信息存储及计算技术、生物技术等各领域均有广阔的应用前景。介绍了在纳米线阵列材料制备以及纳米图形制作方面的技术研究进展,详述了模板法、自组装法以及纳米刻蚀法等技术的发展。 基金国家自然科学基金资助项目(50572069) 刊名材料导报 年2007 期01 第一责任人雷淑华; 3 题名硅纳米线阵列的制备及其光伏应用 作者吴茵;胡崛隽;许颖;彭奎庆;朱静; 中文关键词硅纳米线阵列;;减反射;;太阳电池 单位清华大学材料科学与工程系,清华大学材料科学与工程系,北京市太阳能研究所,清华大学材料科学与工程系,清华大学材料科学与工程系北京100084,北京100084,北京100083,北京100084,北京100084 中文摘要采用金属催化化学腐蚀方法在单晶硅片表面可以制备出大面积排列整齐、与原始硅片取向一致的硅纳米线阵列,得到的硅纳米线单晶性好、轴向可控且掺杂浓度不受掺杂类型和晶向的影响。基于此,我们成功制备了大面积硅纳米线p-n结二极管阵列。此外,硅纳米线阵列结构具有优异的减反射性能,探索了其在太阳电池中的应用。目前初步研制出了基于硅纳米线阵列的新型太阳电池,获得了最高为9.23%电池效率。同时也研究了限制硅纳米线阵列太阳电池转换效率的主要因素,为以后的应用做了前期的探索工作。 基金 刊名太阳能学报
本设计主要阐述了分析二极管在光伏阵列的作用。根据太阳电池的仿真模型，建立光伏阵列的仿真模型，分析计算二极管在阵列中的作用。得出二极管在光伏阵列中的作用是：1防夜间蓄电池给太阳能组件反充，2防蓄电池反接负载。 关键字二极管光伏矩阵太阳能组件防反冲反接负载
摘要 (2) 绪言 (4) 一.光伏阵列 (5) 1.1二极管阵列检测器 (5) 1.2二级管阵列检测器的工作原理 (6) 1.3二级管阵列检测器优缺点 (6) 二.光伏阵列中二极管的种类及作用 (6) 三.光伏阵列中二极管作用及原理分析 (8) 四.光伏阵列在未来的发展 (9) 参考文献10
随着全球气候变暖、污染问题日益严重，从传统能源向可再生能源的转变势在必行。太阳能光伏技术（Photovoltaic）是将太阳能转化为电力的技术，其核心是可释放电子的半导体物质。最常用的半导体材料是硅。地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能光伏电池有两层半导体，一层为正极，一层为负极。阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流。阳光强度越大，电流就越强。太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电。其优点有：燃料免费、没有会磨损、毁坏或需替换的活动部件、保持系统运转仅需很少的维护、系统为组件，可在任何地方快速安装、无噪声、无有害排放和污染气体等。其中太阳能作为可再生能源的重要部分，最近几年已经得到了很广泛的应用，如何提高太阳能的利用效率成为研究热点之一。本文首先从晶体硅太阳电池的等效电路图入手，根据电路分析的知识求解出等效电路伏安特性的数学表达式，建立光伏组件和阵列仿真模型，分析二极管在太阳电池、组件及阵列中的作用，及其导通电压的大小对光伏应用效果的影响，其分析结果具有较好的实践价值。
现代材料制备技术 期末报告 姓名：翁小康 学号：12016001388 专业：材料工程 教师：朱进
2017年6月24日
Si纳米线的制备方法总结及其应用 摘要：Si纳米线是一种新型的一维纳米半导体材料，具有独特的电子输运特性、场发射特性和光学特性等。此外，硅纳米线在宽波段、宽入射角范围内有着优异的减反射性能以及在光电领域的巨大应用前景。传统器件已不满足更快更小的要求，因此纳米线器件成为研究的热点。关于硅纳米线阵列的制备方法，本文主要从“自下而上”和“自上而下”两大类出发，分别阐述了模板辅助的化学气相沉积法、化学气相沉积结合Langmuir-Blodgett技术法和金属催化化学刻蚀法等方法。最后介绍了Si纳米线在场效应晶体管、太阳能电池、传感器、锂电池负极材料等方面相关应用。 关键词：Si纳米线；阵列；制备方法；器件应用 0 引言 近年来，Si纳米线及其阵列的制备方法、结构表征、光电性质及其新型器件应用的研究，已成为Si基纳米材料科学与技术领域中一个新的热点课题。人们之所以对Si纳米线的研究广泛关注，是由于这种准一维纳米结构具有许多显著不同于其他低维半导体材料的电学、光学、磁学以及力学等新颖物理性质，从而使其在场发射器件、单电子存储器件、高效率激光器、纳米传感器以及高转换效率太阳电池等光电子器件中具有重要的实际应用[1]。 硅纳米线阵列( silicon nanowires arrays，简称SiNWs阵列) 是由众多的一维硅纳米线垂直于基底排列而成的，SiNWs阵列与硅纳米线之间的关系如同整片森林与单棵树木一样，它除了具有硅纳米线的特性外，还表现出集合体的优异性能：SiNWs阵列独特的“森林式”结构，使其具有优异的减反射特性，在宽波段、宽入射角范围都能保持很高的光吸收率，显著高于目前普遍使用的硅薄膜。例如，对于波长300—800 nm的光，在正入射的情况下，硅薄膜的平均光吸收率为65% ，而SiNWs阵列的平均光吸收率在80% 以上；在光入射角为60°时，硅薄膜的平均光吸收率为45%，而SiNWs阵列的平均光吸收率达70%［2］。这对于硅材料在太阳能高效利用方面，具有十分重要的意义。本文将对国内外关于硅纳米线阵列的制备及其在光电领域应用的研究进展进行系统阐述。 1 Si纳米线阵列的制备方法 近年来，为制备有序的SiNWs阵列，研究者先后开发出多种制备方法，这些方法大体上可分为两类：“自下而上( bottom-up )”和“自上而下( topdown)”。前者是从原子或分子出发控制组装成SiNWs阵列；而后者则是从体硅(硅片)出
浅谈碳纳米管 摘要：就对于碳纳米管的优良性质，以及将来在许多的领域的应用，不可避免的说到碳纳米管可能作为某些材料的替代产品，碳纳米管的缺陷和如何改进等问题。 关键词：碳纳米管优良性能 前言：随着科学技术的发展，很多材料和能源都已经快到达它们物理性能的极限了，由于人们对纳米材料的不断探索，终于发现了许多纳米材料所具有的其他材料没有的优良性能，那么我们就来浅谈谈碳纳米管为什么具有这么多的优良性能，和这些优良性能的前景。 正文：正如人们都知道的纳米材料由于具备尺寸小，比表面积大，表面能高等特点，表现出许多特有的物理效应如表面效应小尺寸效应，量子效应和介电限域效应等。从而使纳米材料具有传统材料所不具备的异或反常的物理特性。 碳纳米管由于由于其中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量和高强度。从而使其表现出良好的力学性能，碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。碳纳米管的导电性也是可观的，由于碳纳米管的碳原子之间构成六边形，必然就会有一个孤对电子环绕在每个碳原子周围，从
而使其有具有相当好的导电性。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当碳纳米管的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，碳纳米管可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道有人通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。当然碳纳米管也具有优良的导热性碳纳米管具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。其他性能，碳纳米管还具有光学和储氢等其他良好的性能,正是这些优良的性质使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料。 对于碳纳米管的应用前景那是可观的，随着化石原料的逐渐枯竭，人们正在寻找清洁能源，目前被人们所看重的莫过于氢能和太阳能了。不管它们中的哪一种能源，目前都陷于瓶颈之中，氢能怎么制取，怎么存储到现在还是问题，至于太阳能我想不必多少，太阳能虽然总量巨大，但是利用率很低，至今还在探索，但是我想说碳纳米管的研究可能就可以解决这些问题，从而解决现在的能源危机。
二极管阵列检测器(Diode Array Detector,DAD)在食品添加剂检测中的作用 食品是人类赖以生存和发展的物质基础,食品分析与其他领域化学分析的不同之处在于食品种类多样、成分复杂、基质干扰严重,因此,准确可靠的检验结果是正确评价食品质量和保障食品安全的先决条件。传统的紫外检测器每次进样只能完成单一波长扫描,而利用二极管阵列检测器可以在一次程序运行中进行190 nm~800 nm之间的全波长立体扫描,并可在数据采集完成后显示某一波长的色谱图。因此可以实现利用被测物质的光谱吸收曲线的模式图形状、最大吸收波长、色谱峰纯度分析、导数光谱辅助定性及快速选择最佳检测波长等方面的优势,从而弥补利用单一紫外波长吸收进行色谱分析过程中,单独采用色谱峰保留时间定性的不足,增强高效液相色谱定性分析能力[1-2]。苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸和安赛蜜、糖精是加工食品中最常用的防腐剂和甜味剂,因受到食品复杂基质干扰,在样品检测过程中单纯依靠色谱峰保留时间来定性常常会出现杂质干扰造成假阳性,影响检测结果的准确性。因此结合5种常见食品添加剂检测分析的具体实例,探讨二极管阵列检测器在利用被测物质与标准样品紫外吸收光谱曲线及其二阶导数图形模式比较来识别色谱峰以及对色谱峰进行纯度分析等方面的应用,排除二极管阵列检测器(Diode Array Detector,DAD)能够对被测物质进行全波长扫描,在物质定量尤其是定性分析方面显示独特的优势。以食品中常见的3种防腐剂(苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸)及两种甜味剂(安赛蜜、糖精)的检测为实例,介绍利用DAD检测器获得被测物质的紫外吸收光谱及其导数光谱、色谱纯
高效液相色谱仪的研制与技术开发 --新型二极管阵列检测器 洪群发张庆和李彤张维冰张玉奎 （大连依利特分析仪器有限公司，中国科学院大连化学物理研究所，大连，116011） 摘要：介绍一种新型的高效液相色谱二极管阵列检测器。该仪器采用光纤传导技术和全封闭光学系统，具有较高的光谱分辨率和检测灵敏度。采用虚拟设备驱动技术配合功能强大的数据处理系统可为用户提供色谱、光谱，三维谱图及色谱峰纯度等大量的信息。 关键词：高效液相色谱；二极管阵列检测器；虚拟设备驱动 Research and Developmemt on High Performance Liquid Chromatographic Instruments --A Novel Diode Array Detector Hong Qunfa, Zhang Qinghe, Li Tong, Zhang Weibing, Zhang Yukui (Dalian Elite Analytical Instrument Ltd. Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Science, Dalian, 116011) Abstract: A novel diode array detector (DAD) for high performance liquid chromatography (HPLC) was introduced. A full-closed optical system and quartz light fiber based transmission technique were used in the instrument, and high spectral resolution and detect sensitivity were obtained. Virtual device driving technique was used, and combined with the powerful data system, the instrument can provide a lot of information including chromatogram, spectra of components, three dimension information and peak purity results. Key words:High performance liquid chromatography; Diode array detector; Virtual device driving
P系列线性光电二极管阵列图像传感器 14μm, single output, 512, 1024, 2048像素 特点 ●扩展光谱范围—200 到 1000 nm ●40MHz 像素读出率且70Hz行速率 ●>2500:1动态范围 ●5V时钟 ●14μm的正方形像素，100％的填充因子 ●超低图像滞后 ●电子曝光及抗模糊控制 说明 在P系列线阵传感器中,PerkinElmer结合最好的高灵敏度光电二极管阵列探测特性和高速电荷耦合扫描,为提高先进的图像应用需求提供坚实地解决方案. 这些高性能成像系统,低噪声、高灵敏度、令人印象深刻的电荷存储能力,和无延迟的动态成像以方便地单输出架构形式.这些14μm方形连续像素图像传感器减少图像信息最低损失和人工修饰,而独特的光电二极管结构提供延展低于250nm出色的蓝色响应并进入到紫外线. 仅要求5V时钟的两相CCD读出寄存器已经达到出色的电荷转移效率.附加电极提供单独地曝光和抗晕控制.最终,高灵敏读出放大器提供大的输出信号,在随后相机电路缓和要求的噪声. 可用的标准阵列长度512,1024和2048像素,分别带玻璃或二氧化硅窗口中,这些通用图像传感器广泛用于高速文本读出,web检查,邮件分类,产品测量和计量,位置识别,和其它工业以及需要最大图像性能的特定应用. P系列结合了带高速CCD读出寄存器和高灵敏读出放大器的高性能光电二极管.详细构造参见图1. 图1.图像传感器功能框图 光探测区域 P系列成像系统的光探测区域是连续以14μm为中心光电二极管的线性阵列.这些光电二极管是使用PerkinElmer设计扩展短波长敏感深度UV低于250nm,先进的光电二极管构成,以保持100%填充因子和交付极低的图像延迟.这个独特的设计也避免在光探测区域,多晶硅层中减少多数CCD图像传感器的量子效应.P系列图像传感器支持通用可视的玻璃窗口或UV低于250nm下的石英玻璃窗口. P系列图像传感器可以支持外部附加窗口中.看图2a和2b对于敏感度和传输曲线.