基于TiO2纳米管光电化学型紫外探测器的制备与性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yshanhong
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作为新型光伏紫外光电探测器之一,光电化学型紫外探测器在环境监测,火焰探测,化学分析和导弹检测等方面备受关注。除了具有高光敏性和快速光响应外,光电化学型紫外探测器还可以在无外加偏压的情况下实现探测工作,这意味着光电化学型紫外探测器不需要外加能源。在过去的这些年中,各种宽带隙半导体,如ZnO,SnO2和TiO2,已经在光电化学型紫外探测器中得到了广泛的研究。尤其是TiO2纳米材料,具有合适的带隙宽度(3.2 eV)、良好的化学稳定性、高载流子迁移率、辐射稳定性和高光电转换效率,在光电化学型紫外探测器领域常备用作光阳极材料。然而,由于光生电子空穴的复合,低量子效率限制了基于TiO2的光电化学型紫外探测器的性能。贵金属修饰和半导体异质结均可以提高效率,二者结合可以获得性能更加优异的紫外探测器。本文在室温下通过液相沉积法制备TiO2纳米管。再使用光沉积法在纳米管表面沉积金属Ag颗粒,最后包覆ZnS层,以此制备光电化学型紫外探测器,并对器件的紫外探测器性能加以研究。具体研究内容如下:首先,通过水热法制备ZnO纳米棒,以ZnO纳米棒为模板,在室温下通过液相沉积法在ZnO纳米棒表面包覆TiO2层,得到TiO2纳米管。使用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪等手段对样品的元素组成、微观形貌以及晶体结构进行分析。制备了光电化学型紫外探测器之后,对其探测性能进行测试。通过紫外探测性能研究实验发现,TiO2纳米管紫外探测器具有快速的响应时间,可以实现对紫外光的探测。其次,在制备的TiO2纳米管基础上,使用紫外光,利用光沉积法在TiO2纳米管表面沉积金属Ag颗粒,通过改变照射时间,得到不同粒径的金属Ag颗粒,并研究金属Ag颗粒的存在对TiO2纳米管紫外探测器的影响,以及不同粒径的金属Ag颗粒对TiO2纳米管紫外探测器探测性能的影响,实验结果表明,光照2分钟时,TiO2/Ag纳米管紫外探测器性能最优。最后,通连续离子层反应法在TiO2/Ag纳米管表面包覆不同厚度的ZnS层,探究循环次数对样品形貌的影响。制备成紫外探测器后,探究ZnS层对TiO2/Ag纳米管紫外探测器紫外性能的影响以及不同厚度的ZnS层对器件性能的影响。通过研究发现,循环五次时,TiO2/Ag/ZnS纳米管紫外探测器性能最优。
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