氧化锌纳米棒压电发电纺织品的制备

摘要

氧化锌（ZnO）是一种多功能宽带系半导体材料，禁带宽度大（室温下3.37eV），激子束缚能高（室温下60meV），具有独特的力、热、光、电等性质。其中氧化锌的半导体和压电的耦合特性，使其在自供电微纳系统等领域显示出诱人的应用前景。将氧化锌纳米棒生长在柔性的织物衬底上，不仅可以实现氧化锌纳米发电器件的可穿戴化，还可以实现纺织品的功能化。压电发电纺织品的制备得益于氧化锌的半导体和压电的耦合特性，而制备出形态优良的氧化锌纳米棒是关键。
　　本文在系统总结国内外关于不同形态氧化锌材料制备方法的基础上，选用水热法生长出氧化锌纳米棒结构，并将其应用在涤棉混纺和纯涤纶织物衬底上，通过系列工艺试验，来优化氧化锌纳米棒在衬底上的生长状态，力求制备出垂直衬底紧密排列的氧化锌纳米棒，进而制备出具有压电效应的压电发电纺织品。主要研究内容有：
　　(1)具有良好形貌氧化锌纳米棒的制备工艺及优化研究：选取涤棉织物代替传统的硬质材料做衬底，直接在织物上生长制备出氧化锌纳米棒。通过控制生长液浓度、氨水体积以及生长时间，来优化纳米棒生长状态。采用扫描电子显微镜对样品进行测试分析，以确定生长状态优良的氧化锌纳米棒制备工艺。测试结果表明，在生长液浓度为30mM、氨水体积7.7mL、生长时间4h时，可以生长出具有六边纤锌矿结构且垂直紧密排列于织物表面的氧化锌纳米棒。
　　(2)压电发电纺织品的制备研究：考虑涤棉织物的表面毛羽较多，衬底不平整，试验采用纯涤纶织物代替涤棉织物作衬底来制备压电纺织品。为了压电测试的需要，需先在衬底上先镀上一层银膜作为引出电极，并采用得出的优化工艺将氧化锌纳米棒生长在镀银的织物表面。
　　(3)压电发电纺织品的测试分析：采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）对制得的压电发电纺织品的表面形貌、氧化锌纳米棒的晶型取向和压电性能进行测试分析。结果表明：涤纶织物表面生长的氧化锌纳米棒属于六方纤锌矿晶相，纳米棒垂直紧密排列在织物表面。水热法得到的纳米棒C轴取向生长，纳米棒直径从0.3μm到1μm不等。I-V曲线可以看出，氧化锌纳米棒的半导体特性明显，且重复性良好，在氧化锌生长区域有明显的电流增强信号，说明氧化锌纳米棒压电性能优异，研究制得的氧化锌纳米棒压电发电纺织品具有较好的压电发电基本性能。

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第一章 绪论

1.1前言

1.2氧化锌纳米棒压电发电纺织品的研究状况

1.3课题研究的目的、内容和意义

第二章 氧化锌纳米棒的制备及表征方法

2.1氧化锌的基本性质

2.2氧化锌纳米棒的制备方法

2.3氧化锌纳米棒的表征方法

2.4本章小结

第三章 氧化锌纳米棒的制备

3.1水热法制备氧化锌纳米棒的工艺过程

3.2氧化锌纳米棒的生长机理及生长状态评级

3.3氧化锌纳米棒的生长工艺及优化

3.4本章小结

第四章 压电发电纺织品的制备及测试分析

4.1压电发电纺织品的制备

4.2压电发电纺织品的测试分析

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

硕士期间研究成果

致谢