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近年来,过渡金属氧化物一维纳米材料在光催化、纳米传感器、纳米激光器以及染料敏化太阳电池等诸多领域展现了广阔的应用前景,已成为纳米科技领域的研究热点。一维纳米材料的形貌和特性对器件的最终性能具有决定性作用,因此对于不同类型的一维纳米结构需要探索出具有针对性的合成方法。这不仅是理论研究的重点,也是大规模推广和应用过渡金属氧化物一维纳米材料的关键。鉴于此,本文主要内容如下:
1.通过调整脉冲激光沉积(PLD)技术的工艺参数来调控一维纳米材料的形貌和尺寸,实现对一维纳米材料性能的优化。由于PLD使用的准分子激光器价格昂贵,需要供多个实验仪器同时使用,因此反射镜和聚光镜的位置并不固定,经常被移动到不同的位置来完成光路的调节。为了使实验具有较好的重复性和可控性,本文提出了一种激光光路的快速调节方法,利用激光笔发射的红色可见光,实现了激光器光路的快速调节和校准。该方法设备简单、安全、精度高、易操作,具有一定的实用性,并成功地在本论文中获得了应用。
2.具有能级匹配关系的两种金属氧化物构成的复合纳米结构有着优异的光学性能和良好的稳定性。本文利用PLD技术首先在FTO玻璃上生长一层厚度均匀的WO3纳米晶薄膜,再以该WO3膜层为基底在不同的氧分压下生长一维TiO2纳米阵列层,从而制备出一维WO3-TiO2复合纳米结构;作为对比,在同样的实验条件下利用PLD技术制备出了单一体系的一维TiO2纳米阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等分析测试手段,对所合成的两种样品的形貌、结构和光学带隙进行了研究。结果表明氧分压可以改变一维纳米结构的表面形貌。通过透射光谱测量,证明了复合纳米结构在可见光区的平均透射率很高,几乎是透明的。由实验结果,经计算得出一维TiO2纳米阵列的禁带宽度为3.34eV,而同样条件下生长的一维WO3-TiO2复合纳米结构的禁带宽度为3.10eV,因此该复合纳米结构拓宽了材料的光谱响应范围。同时,分析了一维TiO2纳米阵列的枝晶生长机理,结果说明界面稳定性和材料内禀的各向异性对TiO2枝晶的形成具有重要作用,并且氧分压的大小会影响TiO2枝晶的形貌。