硅納米線陣列論文：硅納米線陣列氧化鎳復合超級電容器氣敏性

1、硅納米線陣列論文：硅納米線陣列氧化鎳復合超級電容器氣敏性【中文摘要】硅基納米復合體系不僅擁有硅納米材料的諸多特性同時還綜合了復合體系中各組分材料的相關性質，因而具有更為卓越的綜合性能。硅基納米復合材料的種類繁多，目前科學工作者對它們中的某些特定體系的性能也有了較為深入的研究。在硅基納米復合體系中,硅納米線有序陣列與金屬氧化物的復合體系雖然已經開始研究但是報道并不多見。氧化鎳是一種p型半導體材料，其化學性能穩(wěn)定，物理性能優(yōu)良，環(huán)境友好度高，價格低廉且易于產業(yè)化，在超級電容器及氣敏性器件等方面擁有廣闊的應用前景。本文選擇了氧化鎳材料與硅納米線有序陣列進行復合，制備出了氧化鎳-硅復合納米線陣列，并研

2、究了該復合結構在超級電容器和氣敏性元件方面的性能，具體研究內容如下:1.以四種不同型號的n型硅片為原材料，通過銀離子催化腐蝕法制備了硅納米線陣列結構。以制備的硅納米線陣列結構為模板化學鍍覆鎳層，然后在空氣中，350oC與450oC條件下退火1h,獲得了氧化鎳-硅復合納米線陣列。對樣品進行相關表征，結果表明：（1）硅納米線陣列的生長方向與硅片的晶向相同，硅納米線的直徑與硅片的電阻率相關，且電阻率越大，硅納米線的直徑越大。（2）以n（100）,電阻率為110Qcm型號硅片制備出的氧化鎳-硅復合納米線陣列取向性最優(yōu)。該結構中，硅納米線垂直于硅基底，納米線長度為45卩m,直徑在30300nm之間；（3

3、）氧化鎳-硅復合納米線陣列結構中，氧化鎳顆粒的平均晶粒尺寸與退火溫度有關，當退火溫度350C時，晶粒尺寸約為13nm,450C時為16nm2.將不同溫度下退火得到的氧化鎳-硅復合納米線陣列制備成電極進行電化學性能測試，包括循環(huán)伏安曲線測試,恒電流充放電測試，交流阻抗測試。測試結果表明：氧化鎳-硅復合納米線陣列具有良好的循環(huán)性能，較高的比電容和較低的內阻。在放電電流為2.5mA時,最大比電容可達到787.5Fg-1,經過500次充放電循環(huán)后，其電容量損失僅為4.0%;其等效內阻為3.1Q。該復合結構材料將會在電化學電容材料方面有廣闊的應用前景。3.將不同溫度下退火得到的氧化鎳-硅復合納米線陣列制

4、備成氣敏性測試電極,對其NO/2氣敏性性能進行測試。測試結果表明：氧化鎳-硅復合納米線陣列比常規(guī)方法制備的氧化鎳納米顆粒氣敏電極性能更加優(yōu)越，溫度在100200C之間樣品靈敏度達到最大值，最佳工作溫度為125C;當NO氣體濃度較低（100ppm時，樣品氣敏性隨氣體濃度變化較大；且經350C熱處理的樣品優(yōu)于450C熱處理樣品性能?！居⑽恼縎i-basednanoscalecompositematerialscombineuniquepropertiesofSinanomaterialsandcompositepropertiesofavarietyofothermaterials.There

5、foreitsoverallperformaneeisparticularlyoutstanding.Althougsiliconbasednano-compositesystemsoforderedarraysofsiliconnanowiresandmetaloxidecompoundhavereceivedconsiderableattention,thereportsarerare.Thenickeloxideisap-typesemiconductor,whichhasgoodchemicalstability,highphysicalperformanee,environmenta

6、llyfriendliness,lowprice,easeofindustrialization,andpeculiarpropertiesingassensorandsuper-capacitors,andthushasbroadapplicationprospects.Thisthesisstudiesmorphologiesofsiliconnanowire-nickeloxidecompositenanomaterialspreparedbytheoxidationofNi-Sicompositenanowirearrays,andexaminestheirapplicationsfo

7、rgassensorsandsupercapacitors.Thesummaryofthethesisislistedasfollows:1.Usingfourdifferenttypesofn-typesiliconasrawmaterialsandthemethodofsilverioncatalyzedcorrosiontofabricatethesiliconnanowirearrays.Theaspreparedstructuresarethenannealedunder350°Cand450Cfor1hourformorphologycharacterization.Th

8、eresultsshowthat:(1)thedirectionofsiliconnanowiresisthesameassiliconcrystalwaferandthediameterofsiliconnanowiresdepensontheresistivityofsilicon.(2)ThebestNiO-Sicompositenanowirearrayisobtainedusingthetemplaten(100)oftheresistivityof1to10Qcmwiththelengthabout45amanddiametersbetween30300nm.(3)ThegrainsizesofNiOnanoparticlesdependontheannealingtemperature,whichare13nmand16nmundertheannealingtemperature350Cand450C,respectively.2.Testi