金属基底上氧化物纳米结构薄膜/阵列的合成、生长动力学与应用研究

摘要

氧化物纳米结构薄膜/阵列在微电子装置、能量转换和存储（光伏电池、锂电池、超电容、贮氢装置等）、化学生物传感器、光发射显示器、药物传输和分离以及光存储等方面有着潜在的应用价值。有效控制薄膜和阵列的取向、形貌、表面积、孔隙度及材料尺寸是实现实际应用的前提。然而，现今比较成熟的制备高质量纳米结构薄膜/阵列的方法大多是在条件苛刻/繁琐（比如高温，利用种晶，多步）的情况下进行的。并且，由于合成条件及方法的限制，大部分薄膜/阵列只能生长在小面积半导体/绝缘基底或者导电玻璃上，极大地限制了它们在特殊光电、能源和传感装置应用上的结构和动力学优势。本论文旨在开发简单普遍的合成手段来实现多种氧化物纳米结构在导电惰性金属基底上的大面积生长，实现材料与金属基底间牢固的电学和力学结合，同时将合成的基于ZnO、SnO2及Fe2O3的薄膜/阵列直接（无须传统制膜技术）作为电极应用于场发射、电化学能源和生物传感装置。主要研究内容如下： 1.提出了简单的低温液相法（60℃

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2薄膜的定义与分类

1.2.1薄膜的定义

1.2.2薄膜材料的特性

1.2.3薄膜材料的分类

1.3薄膜材料的制备方法

1.4纳米薄膜

1.5半导体氧化物纳米结构薄膜/阵列

1.5.1基于氧化物纳米线/带/片阵列的激光器

1.5.2氧化物纳米线/带薄膜/阵列场致发射

1.5.3基于氧化物纳米线/管阵列的智能窗电致变色

1.5.4氧化物纳米结构阵列在能量转换和存储中的应用

1.5.5氧化物纳米结构阵列用于仿生智能界面

1.6现今氧化物纳米结构薄膜/阵列研究的不足

1.7本研究的主要内容及创新点

参考文献

第二章金属基底上ZnO阵列的合成：光致发光及场发射应用

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂和仪器

2.2.2实验方法

2.3实验结果与讨论

2.3.1ZnO纳米结构阵列的控制合成

2.3.2生长机理及动力学过程

2.3.3 ZnO阵列光致发光比较分析

2.3.4ZnO阵列场电子发射应用

2.4本章小结

参考文献

第三章金属基底上合成SnO2纳米棒、α-Fe2O3纳米管阵列和白钨矿钼酸盐薄膜

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂和仪器

3.2.2制备SnO2纳米棒阵列

3.2.3制备Fe2O3纳米管阵列

3.3实验结果与讨论

3.3.1 SnO2纳米棒阵列的结构和成分分析

3.3.2生长机制

3.3.3 SnO2纳米棒阵列的结构参数控制

3.3.4 α-Fe2O3纳米管阵列的结构、成分分析以及生长机理

3.4多元氧化物薄膜在金属基底上的合成

3.4.1钼酸盐薄膜的制备与表征

3.4.2结果与讨论

3.5本章小结

参考文献

第四章合金上水滑石纳米/微米结构薄膜及由其衍生的复合氧化物薄膜

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1试剂和仪器

4.2.3 Zn(Cu)二价金属基底上Zn(Cu)-Al LDH薄膜的制备

4.2.4合金基底上Zn-Al LDH薄膜及其衍生复合氧化物薄膜的制备

4.3产物成分、形貌和结构分析及生长机理

4.3.1 Al片上的Zn-Al LDH薄膜

4.3.2 Zn(Cu)片上的Zn(Cu)-Al LDH薄膜

4.3.3合金上的ZnO/ZnAl2O4多孔片薄膜

4.4本章小结

参考文献

第五章有序阵列/薄膜的锂离子电池应用

5.1引言

5.2锂离子电池负极材料的研究概况

5.3有序纳米阵列/结构薄膜的储锂研究

5.3.1实验部分

5.3.2 ZnO针状纳米棒阵列的锂存储性能

5.3.3 C-ZnO针状纳米棒阵列的锂存储性能

5.3.4 ZnO/ZnAl2O4多孔片薄膜的锂存储性能

5.3.5 SnO2纳米棒阵列的锂存储性能

5.3.6 α-Fe2O3和C/α-Fe2O3多孔纳米管阵列的锂存储性能

5.4本章小结

参考文献

第六章C-ZnO纳米棒阵列和K0.33WO3纳米片薄膜的电化学生物传感器应用

6.1引言

6.1.1生物传感器概况

6.1.2电化学生物传感器

6.1.3直接电化学

6.2纳米结构阵列/薄膜用于葡萄糖直接电化学生物传感器

6.2.1 C-ZnO纳米棒阵列的直接电化学生物传感器应用

6.2.2 K0.33WO3纳米片薄膜用于直接电化学生物传感器

6.3本章小结

参考文献

总结与展望

攻读学位期间的科研成果情况

致谢