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CdS半导体纳米线的制备及特性研究

作　者: 李晓汀
导　师: 李梦轲
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: CdS 纳米线阵列 水热合成法 压电特性 纳米发电机
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


硫化镉(CdS)是一种受到广泛应用的宽带隙半导体材料,CdS晶体属于Ⅱ-Ⅵ族化合物中的六方晶系,具有六角纤锌矿结构。由于其特有的物理性质和压电性能等,被广泛地应用于信号检测、液晶显示器和太阳能电池等高科技领域。本论文利用水热合成法,以氨基硫脲作为硫源,金属镉片作为镉源,在装有乙二胺溶液的密闭反应釜里成功地制备出了一维CdS纳米线阵列。试验中,通过调节反应溶液的浓度和反应时间,获得了不同长径比和生长密度的样品。并利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)等表征测试技术对利用水热合成法制备出的样品进行了表征和研究。论文从CdS纳米线生长机制出发,讨论了反应时间、环境温度、辅助剂浓度等不同生长条件对一维CdS纳米线阵列的制备及其产物形貌的影响。分析研究结果表明,利用该方法制备的CdS纳米线样品具有a-型六角晶格结构,制备出的CdS纳米线直径约为200nnm,长度约为几十微米。在室温条件下,采用He-Cd激光器(325nm)对样品进行光致发光(PL)测试结果显示,CdS纳米线阵列在512nnm左右有一发光强度很强的本征发光峰。为拓展CdS纳米线的应用领域,本论文还制备了不同形貌、不同长径比和不同排列致密度的CdS纳米线阵列,利用CdS纳米线的压电机制,组装出了多个压电式CdS半导体纳米发电机。并利用超声波和电磁波分别驱动CdS半导体纳米发电机,分析了纳米发电机在超声波和电磁波驱动下的电流输出特性、影响因素及发电机理。研究发现,在一定功率外界超声波的驱动条件下,纳米线长度和生长密度的增加都有助于提高压电式纳米发电机的电流输出强度。论文还从理论及实验上研究了利用电磁波驱动CdS半导体纳米发电机的发电机制,研究发现,在电磁波驱动下,CdS半导体纳米发电机可成功地将外界电磁驱动能转化为电能。在实验过程中,我们选择反应温度170℃,模板剂浓度3：1,反应时间20小时这一特定的实验参数,通过实时监测我们发现最大输出电流值可达6.5——7微安,这与传统纳米发电机模型只有50纳安的输出电流值相比约提高150倍。从而证明,采用电磁波驱动的CdS新型纳米发电机模型不仅能够变害为利完成电磁能与电能之间的转化,而且其转化效率和电流输出值均有很大程度的提高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题研究背景  9
  1.2 纳米科技与纳米材料  9-13
    1.2.1 纳米材料的特性与研究现状  10-11
    1.2.2 纳米材料的应用及发展趋势  11-13
  1.3 纳米CdS的研究现状与成果  13-15
    1.3.1 光电转换与光催化方面的研究成果  13-14
    1.3.2 发光方面的研究成果  14-15
    1.3.3 生物检测、传感器等方面的研究成果  15
  1.4 本文的选题意义、研究价值及主要内容  15-17
2 CdS纳米材料的特性及制备方法  17-26
  2.1 纳米CdS的基本物化性质  17-18
  2.2 纳米CdS的压电特性  18-22
    2.2.1 压电效应基本概念  19-20
    2.2.2 压电材料的应用  20-22
    2.2.3 纳米CdS的压电特性  22
  2.3 纳米CdS的光致发光特性  22-23
  2.4 纳米CdS的制备方法  23-24
  2.5 实验研究方案  24-26
3 CdS纳米线的制备实验及结果讨论  26-35
  3.1 制备实验  26-29
    3.1.1 实验仪器与药品  26-27
    3.1.2 制备过程  27-28
    3.1.3 样品表征  28-29
  3.2 结果与讨论  29-33
    3.2.1 XRD结构分析  29-30
    3.2.2 ESM形貌分析  30-32
    3.2.3 PL发光分析  32-33
  3.3 实验中遇到的问题及解决方案  33
    3.3.1 实验的改进  33
    3.3.2 污水的处理  33
  3.4 小结  33-35
4 CdS纳米发电机的组装及性能研究  35-45
  4.1 引言  35-36
    4.1.1 纳米发电机研究背景及意义  35-36
    4.1.2 纳米发电机工作机理  36
    4.1.3 研究中存在的问题  36
  4.2 超声波驱动的CdS纳米发电机  36-39
    4.2.1 实验部分  37-38
    4.2.2 测试分析及结果讨论  38-39
  4.3 电磁感应CdS纳米发电机  39-43
    4.3.1 理论基础——电磁感应现象  39
    4.3.2 实验部分  39-40
    4.3.3 测试分析及结果讨论  40-41
    4.3.4 有关电磁感应CdS纳米发电机的重要实验结论  41-43
  4.4 本章小结  43-45
结论  45-46
参考文献  46-49
攻读硕士期间发表学术论文情况  49-50
致谢  50

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