玻璃纤维布上Ga2O3纳米材料的高温原位制备及应用研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chrisjane
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Ga2O3是一种新型的超宽禁带半导体材料,禁带宽度约为4.9 eV,具有特殊和优良的光学、电学、气敏、催化等特性,在日盲光电探测器、超高压功率器件、发光二极管、气体传感器、太阳能电池和光催化等领域展现出巨大的应用潜力,是目前材料科学领域研究的热点和前沿。随着智能化可穿戴电子设备的蓬勃发展,柔性电子学成为当前科学研究和产业应用的热门领域,基于Ga2O3柔性日盲光电探测器在可穿戴光电子设备、便携式紫外光监测、医疗传感监测、智能机器人等方向具有广阔的应用前景。然而目前已报道的Ga2O3基柔性日盲光电探测器多是在高分子聚合物上通过低温沉积Ga2O3非晶态薄膜所获得的,器件通常表现出不稳定性,并且高分子聚合物本身低玻璃转化温度的特性也限制了器件最高工作温度。本论文针对目前Ga2O3基柔性日盲光电探测器的研究热点和难点问题,以及Ga2O3纳米材料的催化特性,使用耐高温的玻璃纤维布作为柔性衬底,围绕Ga2O3纳米材料的原位制备、β-Ga2O3基柔性日盲光电探测器的应用以及Ga2O3纳米柱阵列的光、电催化应用几个方面开展了一些研究工作,主要内容及结果如下:1、利用化学气相沉积法在柔性玻璃纤维布上高温原位制备β-Ga2O3纳米线,探究生长气氛、生长时间、生长温度对β-Ga2O3纳米线形貌的影响。结果表明,当生长温度为850℃、生长时间为5 h时制备出的β-Ga2O3纳米线形貌较为均匀。且对于N2和O2的混合气体流量比为1:1和10:1的条件下,β-Ga2O3纳米线的形貌有很大区别。通过XPS分析证实低氧气氛中制备的β-Ga2O3纳米线中存在更多的氧空位缺陷。2、对于两种不同形貌的β-Ga2O3纳米线,分别制作成柔性光电导型和柔性光伏型日盲光电探测器,并对其光电性能进行研究。结果,基于β-Ga2O3纳米线柔性光导型日盲光电探测器表现出良好的日盲光响应。器件在光照强度为1.2 mW/cm2的254 nm光照下的光暗电流比为223.9,光响应度为0.9 A/W,响应时间仅为0.17 s,并且性能不受弯曲条件的影响;基于β-Ga2O3纳米线柔性光伏型日盲探测器具有良好的肖特基整流性能,器件在0V偏压、光照强度为1.2mW/cm2的254nm光照下的光电流为101.4pA,光暗电流比为507,响应时间为0.41 s,展现出较好的自供电日盲光电探测器的特性。通过能带结构对自供电机理进行分析,认为电极和β-Ga2O3纳米线之间可以构成肖特基势垒。3、利用水热法在柔性玻璃纤维布上原位制备具有可控制α/β相结的大面积Ga2O3纳米柱阵列。结果表明,α-Ga2O3纳米柱阵列在700℃退火20-90 min均可以形成α/β-Ga2O3相结纳米柱阵列,Ga2O3纳米柱阵列的形貌在退火过程中并未发生明显变化。对于Ga2O3纳米柱阵列的光催化性能测试,结果表明,α-Ga2O3纳米柱阵列在700℃下退火60 min所得到的α/β-Ga2O3相结纳米柱阵列表现出显着的光催化降解性能,在60 min的紫外光照射下其降解率可以高达97%。光催化的增强机理与相结形成第二类型能带结构密切相关。此外还对Ga2O3纳米柱阵列的电催化性能进行探究。
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