硅納米線陣列論文：硅納米線陣列氧化鎳復(fù)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(fù)合超級電容器氣敏性【中文摘要】硅基納米復(fù)合體系不僅擁有硅納米材料的諸多特性同時(shí)還綜合了復(fù)合體系中各組分材料的相關(guān)性質(zhì)，因而具有更為卓越的綜合性能。硅基納米復(fù)合材料的種類繁多，目前科學(xué)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(fù)合體系中,硅納米線有序陣列與金屬氧化物的復(fù)合體系雖然已經(jīng)開始研究但是報(bào)道并不多見。氧化鎳是一種p型半導(dǎo)體材料，其化學(xué)性能穩(wěn)定，物理性能優(yōu)良，環(huán)境友好度高，價(jià)格低廉且易于產(chǎn)業(yè)化，在超級電容器及氣敏性器件等方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。本文選擇了氧化鎳材料與硅納米線有序陣列進(jìn)行復(fù)合，制備出了氧化鎳-硅復(fù)合納米線陣列，并研

2、究了該復(fù)合結(jié)構(gòu)在超級電容器和氣敏性元件方面的性能，具體研究內(nèi)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(jié)構(gòu)。以制備的硅納米線陣列結(jié)構(gòu)為模板化學(xué)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(fù)合納米線陣列。對樣品進(jìn)行相關(guān)表征，結(jié)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(guān)，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(fù)合納米線陣列取向性最優(yōu)。該結(jié)構(gòu)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(fù)合納米線陣列結(jié)構(gòu)中，氧化鎳顆粒的平均晶粒尺寸與退火溫度有關(guān)，當(dāng)退火溫度350C時(shí)，晶粒尺寸約為13nm,450C時(shí)為16nm2.將不同溫度下退火得到的氧化鎳-硅復(fù)合納米線陣列制備成電極進(jìn)行電化學(xué)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(jié)果表明：氧化鎳-硅復(fù)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(nèi)阻。在放電電流為2.5mA時(shí),最大比電容可達(dá)到787.5Fg-1,經(jīng)過500次充放電循環(huán)后，其電容量損失僅為4.0%;其等效內(nèi)阻為3.1Q。該復(fù)合結(jié)構(gòu)材料將會在電化學(xué)電容材料方面有廣闊的應(yīng)用前景。3.將不同溫度下退火得到的氧化鎳-硅復(fù)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(jìn)行測試。測試結(jié)果表明：氧化鎳-硅復(fù)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(dá)到最大值，最佳工作溫度為125C;當(dāng)NO氣體濃度較低（100ppm時(shí)，樣品氣敏性隨氣體濃度變化較大；且經(jīng)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