鎳-硅納米線復合材料制備及應用研究.pdf

1、在最近的幾十年里，低維納米結構材料的制備、表征和應用已經引起人們極大關注，而硅基納米結構材料更是因為具有與傳統(tǒng)集成電路工藝的兼容性以及相比體硅材料所顯現出奇異的物理和化學特性，成為制備微納電子器件最理想的材料之一，是當前納米技術領域的研究熱點問題。本文以未來“可集成微電源的多維一體化微納傳感器片上系統(tǒng)”為假定目標，開展了如下幾個方面的研究工作：
　　 第一，開展有關金屬誘導化學濕法硅納米線(Silicon Nano Wires，

2、SiNWs)陣列制備和SiNWs表面無電鍍鎳(nickel，Ni)修飾機理的理論與實驗研究，并對制備的SiNWs和Ni/SiNWs樣品進行掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)、X射線能譜（Energydispersive spectroscopy，EDS）、RCL數字電橋（Resistance R,Capacitance C,Inductance Z,RCL Didital Bridge）和

3、拉曼光譜(Raman spectroscopy)表征，其結果對未來低成本、圖形化SiNWs制備和表面修飾工藝的改進有一定指導意義，也為硅基SiNWs的實踐應用作了必要準備。
　　 第二，開展Ni/SiNWs納米復合結構材料電容型濕度傳感器應用研究：在基于Lab View虛擬儀器構建的金屬鹽飽和溶液標準濕度檢測系統(tǒng)上，對所制備的濕度傳感器樣機性能進行測試，結果表明該樣機在11.3％-97.3％相對濕度環(huán)境中最快響應和恢復時間分別是

4、39s和24s，濕敏電容靈敏度高達～0.207nF/1％RH，線性相關系數R=0.94，長時穩(wěn)定性好。
　　 第三，開展基于Pd-Ni/SiNWs陣列催化電極的電化學乙醇傳感器應用研究：通過在SiNWs表面進行無電鍍Pd-Ni金屬薄膜的修飾改性，Pd-Ni/SiNWs陣列顯現出對乙醇的高度敏感性。把Pd-Ni/SiNWs陣列組裝成電流型電化學乙醇傳感器樣機后，在1 M KOH溶液中，該樣機對乙醇濃度的敏感性于循環(huán)伏安(cycli

5、c voltammetry，CV)測試技術下顯示出7.48mA mM-1 cm-2的靈敏度、線性檢測范圍0-20.4mM、線性相關系數R=0.98、檢測限可達6μM（3倍信噪比）；于-0.25V(Ag/AgCl參比電極)恒電位計時電流測試技術下的靈敏度達到0.76mA mM-1 cm-2，線性檢測范圍0-20.4mM、線性相關系數R=0.97、檢測限可達10μM（3倍信噪比）。
　　 第四，開展基于NiO/SiNWs陣列電極電化

6、學電容器應用研究：通過在不同溫度下對所制備的Ni/SiNWs陣列于氧氣氛下采用直接快速熱退火氧化工藝制備NiO/SiNWs陣列電極，其中400℃環(huán)境下制備的NiO/SiNWs陣列電極于2MKOH溶液中顯現出良好電化學電容特性，其質量比電容可達681Fg-1，能量密度可達85kJ kg-1，72h循環(huán)充放電后電容量損失不超過3％，有較好的循環(huán)使用壽命。
　　 第五，開展Ni/SiNWs陣列熱電功率器件應用研究：首先選用重摻雜Sb的

7、<100>晶向n型硅晶片制備SiNWs陣列，然后通過無電鍍Ni薄層制備Ni/SiNWs陣列熱電功率器件樣機。測試結果顯示該樣機同時具有熱光電和熱電轉換能力，300K下，該Ni/SiNWs-Sb陣列Seebeck系數實測值為-273μVK-1，200K溫差下其熱電輸出功率密度可達7mW cm-2，理論估算的ZT值介于0.08和0.2之間；同時，該陣列在130mm透鏡積聚太陽光下的熱光電輸出功率可達18mW。
　　 總之，該課題的研