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Inhibitory effect of zinc oxide nanorod arrays on breast cancer cells profiled through real-time cytokines screening by a single-cell microfluidic platform

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BMEMat(BioMedical Engineering Materials) 2023年第3期1卷 153-168页

作者： Ping Li Chao Wang Jiaoyan Qiu Fangteng Song Yuzhen Huang Yunhong Zhang Kai Zhang Hao Ji Yuanhua Sang Jonny JBlaker Yu Zhang Lin Han Institute of Marine Science and Technology Shandong UniversityQingdaoChina State Key Laboratory of Crystal Materials Shandong UniversityJinanChina Department of Materials and Henry Royce Institute The University of ManchesterManchesterUK Department of Biomaterials Institute of Clinical DentistryUniversity of OsloOsloNorway State Key Laboratory of Microbial Technology and Microbial Technology Institute Shandong UniversityQingdaoChina

Zinc oxide nanorods have been extensively studied for the specific killing of breast cancer(BC)cells,and their killing mechanism and anticancer effects have been initially ***,systematic studies at the singlecell level are still necessary to explore cellular functions in *** this work,a hydrothermal method was used to synthesize zinc oxide nanorod arrays(zno nrs).Their effect on BC cells was demonstrated at single-cell resolution for the first time through microfluidic chips and a single-cell analysis *** inhibitory effects of zno nrs were ***,zno nrs suppressed cell proliferation and migration ***,Interferon-γ,Tumor Necrosis Factor-α,and Granzyme B in BC cells turned out to be antitumor instead of tumorigenic under zno nrs ***,zno nrs inhibition altered cellular functions and thus weakened intercellular and intercluster *** importantly,MDA-MB-231 cells(strongly metastatic)showed much greater resistance to zno nrs than MCF-7 cells(nonmetastatic).The experiments complemented the findings at the single-cell level and provided a more comprehensive consideration of the potential risks and applications of zno nrs in breast cancer therapy,which is of great importance for biomedical research on nanomaterials.

关键词： breast cancer cell heterogeneity microfluidic chips single cell zno nrs

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zno纳米棒阵列的制备及其气敏性能研究

ZnO纳米棒阵列的制备及其气敏性能研究

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作者：雷聪西安理工大学

学位级别：硕士

随着人类社会的迅速发展,有害气体带来的环境问题日益严峻。利用高性能气敏传感器对有害气体进行快速高效的监测是解决该类环境污染的前提。在众多的半导体金属氧化物中,由于zno制备工艺成熟简单,具有高的电子迁移率和良好的物理化学性... 详细信息

随着人类社会的迅速发展,有害气体带来的环境问题日益严峻。利用高性能气敏传感器对有害气体进行快速高效的监测是解决该类环境污染的前提。在众多的半导体金属氧化物中,由于zno制备工艺成熟简单,具有高的电子迁移率和良好的物理化学性能而受到了广泛关注。然而,目前商业化的zno气敏传感器存在着工作温度高、灵敏度低、选择性较差等方面的不足,通过改善形貌、掺杂改性、形成P-N结等是提高zno气敏材料灵敏度和选择性的有效途径。为此,本文利用水热法在氧化铝陶瓷管衬底上直接生长zno纳米棒阵列（以下简称zno nrs）,再通过Co离子掺杂对zno nrs进行改性,借助X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段表征样品的组成和形貌,通过变化工作温度、气体的种类和浓度来评价样品材料对不同气体的响应,探究zno nrs气敏性能变化规律,并对掺杂前后的zno nrs的气敏机理进行了分析探讨。以硝酸锌、六次甲基四胺、聚乙烯亚胺、氨水为原料,采用水热法在氧化铝陶瓷管衬底上生长zno nrs,研究不同浸渍次数的籽晶溶液对zno nrs形貌的影响。结果表明:当浸渍次数为10次时,zno nrs密度分布均匀,且纳米棒间隙适中。在工作温度为200℃时,zno nrs对100 ppm的H2S气体响应值达到最大为19.547,在100 ppm的9种气体（乙醇、甲醛、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、丙酮、H2S、NH3、CO）中,zno nrs样品对H2S气体显示出优良的选择性和稳定性。在zno nrs的基础上,在生长液中引入硝酸钴,通过一步水热法制备Co掺杂的zno nrs。结果表明:当硝酸钴浓度为0.004 M时,纳米棒形貌分布均匀且间隙适中。在100 ppm H2S、200℃条件下,0.004 M响应值达到了 32.982,Co掺杂没有改变zno nrs的工作温度和对H2S的选择性,响应值提升了 68.73%,并且显示出优良的稳定性。

关键词： zno nrs Al2O3衬底 Co掺杂气敏性能

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基于Ag NWs定向排列原理的柔性多功能传感器制备及应用

基于Ag NWs定向排列原理的柔性多功能传感器制备及应用

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作者：鱼家傲哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,柔性可穿戴设备的发展非常迅速,而柔性可穿戴设备的重要组成部分柔性传感器被越来越多的学者进行关注和研究。柔性传感器的应用十分广泛,可以用来检测人体的身体活动,将人体的身体活动信号即物理、化学和生理信号转换为电信号的... 详细信息

近年来,柔性可穿戴设备的发展非常迅速,而柔性可穿戴设备的重要组成部分柔性传感器被越来越多的学者进行关注和研究。柔性传感器的应用十分广泛,可以用来检测人体的身体活动,将人体的身体活动信号即物理、化学和生理信号转换为电信号的方式进行评估,在人体医学临床诊断、医疗健康监测和评估、运动健身、柔性电子皮肤,甚至机器人等领域均有广泛的市场和较大的潜力。目前柔性传感器的器件结构主要是由金属纳米材料作为导电层和聚合物作为基底构成。银纳米线(Ag NWs)因其具有优良光、电性能以及机械稳定性能,在柔性弯曲以及灵敏度方面有着较大的优势,被广泛应用于柔性传感器,是传感器功能层的一种常用材料。聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为目前柔性可穿戴电子设备常用的柔性基底材料,拥有许多优点,例如制备工艺简单、成本较低、柔韧性好和生物兼容性好。尽管目前柔性传感器应用场景也十分广泛,但是仍然存在一些亟待解决的问题。例如,柔性传感器的应用仍局限于其灵敏度、响应时间和可拉伸范围等方面的性能。如何提高柔性传感器的灵敏度和响应速度,提高柔性传感器的全面性能,是目前的一大研究热点。此外,在目前绝大多数的研究中,柔性传感器基本上是使用单一的金属纳米材料与柔性聚合物基底复合形成基本的器件结构,性能较为单一,如何使柔性传感器具备多样化功能,也是目前研究的一大热点。本文通过改进实验参数,合成高长径比为1000的超细银纳米线,使基于Ag NWs的柔性应变传感器的性能得到进一步提升,并采用一种简单高效、成本低廉的方法制备出具有微纳结构的柔性基底,从而实现对柔性透明应变传感器的结构改进,并制备基于Ag NWs-微纳结构基底的柔性应变传感器,探究微纳结构对传感器的导电性、透过率、灵敏度、响应时间、稳定性等性能的影响,并对微纳结构使传感器性能优化进行分析研究。测试结果表明,与表面平坦、无微纳结构的柔性基底相比,使用具有微纳结构的基底制备的柔性传感器件,在灵敏度、响应时间、可拉伸范围、稳定性等方面的表现都更加优异,最大灵敏度因子数值从20.26增加到53.59,响应时间从100 ms缩短到54 ms,最大可拉伸应变从70%增加至100%。本文同时采用一步水热法制备一维纳米zno棒(zno nrs),利用其具有柔性、透明的特征,且具有较大的比表面积,可通过简捷低温的方式合成以及具备快速优异的紫外响应性等性能,制备基于Ag NWs/zno nrs-微纳结构基底的柔性多功能传感器,使其能够探测紫外及应变等多种物理量。测试结果表明,基于Ag NWs/zno nrs-微纳结构基底的柔性多功能传感器具有良好的紫外光响应,最大光电流开关比为6.26,同时具有良好的动态响应,响应时间缩短至44ms。因此,基底微结构的构建以及多元纳米材料的复合能有效改善柔性传感器的性能指标。

关键词：柔性传感器 Ag NWs zno nrs 微纳结构紫外传感器

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基于zno纳米棒的敏化太阳电池光阳极的制备及光电性能研究

基于ZnO纳米棒的敏化太阳电池光阳极的制备及光电性能研究

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作者：杨亚娜浙江理工大学

学位级别：硕士

随着能源短缺问题的日益严重,太阳能作为一种可再生的清洁能源得到研究者们的广泛关注。而太阳电池是一种将太阳能直接转化为电能的光伏器件,包括硅基太阳电池,薄膜太阳电池以及敏化太阳电池等。近年来,和硅基太阳电池相比,敏化太阳电池... 详细信息

随着能源短缺问题的日益严重,太阳能作为一种可再生的清洁能源得到研究者们的广泛关注。而太阳电池是一种将太阳能直接转化为电能的光伏器件,包括硅基太阳电池,薄膜太阳电池以及敏化太阳电池等。近年来,和硅基太阳电池相比,敏化太阳电池[包括染料敏化太阳电池(DSSCs)以及量子点敏化太阳电池(QDSSCs)]由于生产成本低廉,制备工艺简单等从而得到广泛的研究。敏化太阳电池主要由光阳极,电解液和对电极三部分组成,其中光阳极不仅是电子传输载体,也是光敏化剂的吸收载体,因而成为影响太阳电池光电转化效率的重要因素。本文从增加电极对光的吸收以及加快电子传输,减少电子复合等方面入手,首先,在zno纳米棒(zno nrs)的基础上,探究了贵金属Ag纳米颗粒(Ag NPs)含量对电池光电性能的影响;另外,对比单独TiO纳米颗粒(TiO NPs)太阳电池,研究了不同含量嵌入式生长的zno nrs对TiO NPs/zno nrs复合结构薄膜基础上的太阳电池性能影响,同时,在TiO NPs结构的基础上,研究了不同zno nrs散射层厚度对电池性能的影响,具体结果如下:1.采用水热法在FTO上生长尺寸均一的zno nrs,随后以AgNO3溶液为前驱体,采用紫外光辅助还原法制备了不同Ag含量的zno nrs/Ag NPs复合结构光阳极薄膜,最后将其进行CdS量子点敏化以及N719染料敏化,探究Ag含量对复合结构光阳极的光吸收性能以及电子传输性能的影响。结果表明,电池效率随着Ag含量的增多呈现出了先增大后减小的趋势,在AgNO3为1.0 mM时达到最大,分别为2.63%和2.96%。当硝酸银浓度不超过1.0 mM时,一方面Ag的加入可以提高薄膜的比表面积,从而增加敏化剂的吸附量,另一方面Ag具有表面等离子体共振效应(SPR),可以增强其周围电场强度,从而增加敏化剂对光的吸收,最终提高电池的光捕获效率,另外,Ag/Zn O界面形成肖特基能垒,有利于电子-空穴的快速分离,减少电子复合,提高电池的电子收集效率。然而,Ag含量过多时,一方面部分Ag团聚在一起,破坏Ag/zno结构的完整性,另一方面部分Ag被氧化成Ag+,成为电子-空穴复合中心,限制了电子的有效传输。在以上研究的基础上,以旋涂法制备了不同TiO NPs含量的zno nrs/Ag NPs/TiO NPs光阳极薄膜,制备DSSCs,电池效率进一步增加,最高达到4.09%。2.采用刮板法制备了混合了不同zno含量的zno NPs/TiO NPs薄膜,随后以薄膜中的zno NPs为籽晶,随后采用水热法生长zno nrs,得到zno nrs/TiO NPs复合结构薄膜,平均厚度约为13μm。最后将其进行CdS量子点敏化以及N719染料敏化,探究zno nrs含量对电池的光散射性能以及电子传输性能等的影响。结果表明,随着zno nrs在复合结构中含量的增多,电池的光电转换效率呈现出先增大后减小的趋势,在zno nrs含量为6wt%时达到最大,这是因为zno nrs的加入增加了薄膜的光散射性能,提高了电池的光捕获效率,同时,zno nrs的加入为电子传输提供直接通道,有利于电子收集效率的提高。然而,zno nrs的加入同时也减小了薄膜的表面积,降低了敏化剂的吸附量,光捕获效率降低。因而,综合光散射性能,电子传输性能以及敏化剂的吸附量,电池效率在zno籽晶含量为6 wt%时电池效率达到最优为3.95%和6.41%,比单独TiO电池效率增加了41.6%和18.9%。在以上研究基础上,为了进一步研究zno nrs光散射性能,电子传输性能对电池性能的影响,制备了平均厚度约为27μm的zno nrs/TiO NPs的复合结构以及单独TiONPs的DSSCs。结果表明,虽然N719吸附量减少了,由于zno nrs优异的光散射性能以及电子传输性能,最终获得电池效率为7.13%,比同厚度Ti O2 NPs的效率提高了34.3%。3.采用刮板法制备了TiO NPs薄膜,然后采用旋涂法在TiO NPs薄膜上生长zno晶种层,之后采用水热法生长zno nrs,通过不同水热反应时间,得到不同zno nrs散射层厚度的TiO NPs/znonrs复合结构薄膜,并对其进行N719染料敏化,探究zno nrs厚度对复合结构薄膜的光散射性能以及光捕获效率的影响。结果表明,随着zno nrs厚度的增加,薄膜的光散射增加,N719吸附量增加,光捕获效率增强,最终使得DSSCs的光电转化效率提高至4.85%,比单独TiO电池的效率增加了64.4%。

关键词： zno nrs Ag NPs TiO2 NPs 敏化太阳电池

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zno@压电聚合物纳米纤维膜制备及其压电性能研究

ZnO@压电聚合物纳米纤维膜制备及其压电性能研究

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作者：谈建强太原理工大学

学位级别：硕士

近年来,由于轻便、可穿戴和柔性电子器件的快速发展,亟需一种动态应变状态下也可以为设备供电的装置,柔性压电纳米发电机将机械能转化成电能,可为柔性微电子器件供电,有望替代传统化学电池成为新一代自供能的电源。然而,目前的压电纳米... 详细信息

近年来,由于轻便、可穿戴和柔性电子器件的快速发展,亟需一种动态应变状态下也可以为设备供电的装置,柔性压电纳米发电机将机械能转化成电能,可为柔性微电子器件供电,有望替代传统化学电池成为新一代自供能的电源。然而,目前的压电纳米发电机仍存在柔性差、输出小、造价高、透气性差等问题。因此,将柔性和高压电性的压电材料复合起来是改善压电纳米发电机的重要途径,并且通过静电纺丝技术可以得到具有高透气性的纳米纤维膜。基于此,本文研究了氧化锌纳米棒(zno nrs)复合聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN),得到“毛刷”状复合纳米纤维。探究了zno生长时间和生长方法以及PVDF和PAN复合比例对复合纳米纤维膜压电性能的影响,对纳米纤维膜进行了形貌和结构表征、电学性能测试、介电和铁电性能分析以及应用测试。具体研究内容如下:(1)采用静电纺丝技术制备了PVDF纳米纤维膜,通过两步水热法在其径向方向上生长了zno nrs得到“毛刷”状结构的zno@PVDF复合纳米纤维膜。探究了zno nrs的生长对PVDF纳米纤维膜压电性能的影响,并研究了zno生长时间对zno nrs长径比的影响。结果表明:zno nrs的最佳生长时间为12 h,此时zno nrs的长径比最大约为14,压电输出最高;zno nrs的生长可以诱导PVDF中的α相向β相转变,zno@PVDF复合纳米纤维膜相比PVDF纳米纤维膜β相增加了18.4%;zno@PVDF复合PNG的压电性能得到了明显改善,电压从1.9 V增加到了4.9 V,提高了约2.58倍,电流从109 n A增加到了293 n A,提高了约2.69倍,功率从0.33μW增加到了0.93μW,提高了约2.82倍,zno nrs的复合也提高了复合纳米纤维膜的铁电性能,剩余极化强度从0.35μC/cm增加到0.5μC/cm,增加了42.9%,其压电常数同比增强。(2)通过静电纺丝技术制备了PAN纳米纤维膜,通过两步法在PAN纳米纤维表面径向生长zno nrs,得到了“毛刷”状结构的zno@PAN复合纳米纤维膜。测试了zno@PAN复合PNG的压电性能并成功地将其应用于人体生理监测。结果表明:直接生长得到的zno/PAN复合纳米纤维膜,zno nrs仅覆盖在纤维膜表面,压电性能提升有限,而两步法生长得到的“毛刷”状结构zno@PAN复合纳米纤维膜是直接生长的输出电压的1.5倍,输出电流的1.6倍;zno@PAN复合纳米纤维膜XRD图谱对应的PAN衍射峰右偏,平面间距最小,zno nrs的复合将PAN中平面锯齿形构象的含量从53.8%提升到了55.1%;zno@PAN复合纳米纤维膜的压电性有明显的改善,电压从2.3 V增加到了6.2 V,提高了约2.7倍,电流从167 n A增加到了450 n A,提高了约2.69倍,功率从0.62μW增加到了1.36μW,提高了约2.2倍,剩余极化强度从0.43μC/cm增加到0.81μC/cm,增加了88.4%,压电系数从5.53 pC/N提升到了35.72 pC/N,提高了6.5倍;通过对zno@PAN复合纳米纤维膜的透气性和拉伸性测试,复合纤维膜具有14.1 mg·cm·h的透过率和16.44 MPa的高拉伸应力,复合纤维膜能够很好的适应人体皮肤;成功地将zno@PAN复合PNG应用到运动器材上用于智能运动记录(运动次数和有效性)和人体各种生理活动监测(步频、呼吸和脉搏等),有助于科学锻炼。(3)通过静电纺丝技术制备了PVDF/PAN复合纳米纤维薄膜,通过两步法在PVDF/PAN复合纳米纤维表面径向生长zno nrs,得到了“毛刷”状结构的zno@PVDF/PAN复合纳米纤维膜。研究了PVDF与PAN不同复合比例纳米纤维膜的压电性能和复合PVDF/PAN较单一成分PVDF和PAN的影响,以及zno nrs的生长对PVDF/PAN复合纳米纤维膜的压电改善。结果表明:PVDF和PAN粉末混合相互诱导,PVDF中β相和PAN中平面锯齿形构象的含量都会增加;PVDF和PAN的最佳复合比例为4:6,此时达到最高输出电压3.02 V;PVDF复合PAN的输出电压比单一PVDF提高了1.59倍,比单一PAN提高了1.3倍;zno nrs的复合使PVDF/PAN复合纳米纤维膜的电压从3.02 V增加到了7.9 V,提高了约2.62倍,电流从219 n A增加到了572 n A,提高了约2.61倍,功率从0.97μW增加到了2.36μW,提高了约2.43倍,剩余极化强度从0.71μC/cm增加到1.43μC/cm,增加了101%,复合zno@PVDF/PAN成功增强了纳米纤维膜的压电性能。

关键词：压电聚合物 zno nrs 静电纺丝柔性纳米纤维膜压电性能

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基于zno纳米棒的紫外探测器制备及性能研究

基于ZnO纳米棒的紫外探测器制备及性能研究

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作者：李红城华南理工大学

学位级别：硕士

高性能紫外光探测器在环境监控、临床医学、空间探测、军事安全等方面具有广泛的应用前景。近年,基于zno纳米棒(nrs)的紫外传感器表现出高灵敏度、高响应度和快速响应等特性而倍受关注,成为国内外的研究热点。本文基于水热法生长zno NR... 详细信息

高性能紫外光探测器在环境监控、临床医学、空间探测、军事安全等方面具有广泛的应用前景。近年,基于zno纳米棒(nrs)的紫外传感器表现出高灵敏度、高响应度和快速响应等特性而倍受关注,成为国内外的研究热点。本文基于水热法生长zno nrs作为感光层,制备了金属-半导体-金属结构的紫外探测器,从实验和理论出发,系统地探究了种子层退火,水热时间、前驱液浓度、无水乙醇添加剂等水热参数及后退火处理对zno nrs晶体性质和紫外传感特性的影响。通过进一步优化工艺方案与条件,制备出了具有高性能的紫外探测器。论文的主要工作和结果如下:(1)探究紫外探测器zno nrs感光层制备方法对器件性能的影响。在Si O/Si基底上分别采用转移法、直接生长法和zno种子层生长法制备出zno nrs敏感层。传感器特性测试表明,转移法制备的紫外传感器灵敏度低,电流不稳定,而且还存在持续光电导现象。裸露基底直接生长nrs的器件在电压仅为0.2 m V时仍然具有良好的响应,静态功率仅为6×10 W,显示出该传感器超低功耗应用的潜力。种子层上生长的zno nrs因为与基底种子层晶格匹配而呈现出c轴择优取向,制备的传感器表现出更优异的紫外响应特性,灵敏度和响应度分别高达1.07×10和4.94×10 A/W,而暗电流仅为254 n A。(2)系统地研究了zno种子层在不同温度下退火对zno nrs晶体性质及紫外响应性能的影响。结果表明,适当的温度下对zno薄膜种子层退火处理有助于提高zno nrs与基底的附着能力,获得合适的zno nrs结晶质量与密度。相较于300℃、400℃和500℃,200℃下种子层退火处理制备的器件表现出相对优异的传感特性,灵敏度高达2.9×10,信噪比达89.25 d B。(3)系统地研究了zno nrs的形貌、结构、光学和电学性质与水热工艺参数之间的依赖关系。水热时间适当延长有利于晶体质量的提高,但过度的水热时间反而会抑制长径比。实验结果发现,水热4 h时制备的紫外探测器表现出较为优异的性能,灵敏度达到了2.47×10,响应度和探测率分别为5.51×10 A/W和1.97×10 Jones。zno nrs的直径和长度都随生长液浓度增大而增大,原因是高浓度的前驱液提供了更多的Zn并不断扩散至zno核处促进nrs的生长。利用无水乙醇在Zn催化下低温分解向前驱液中引入过量的OH,调节生长环境的p H值。结果显示,器件的瞬态响应特性随着乙醇添加量的增多而明显改善,在乙醇体积比为15%时,响应时间为35.6 s,恢复时间低至3.9 s。(4)研究了空气氛围下退火温度和时间对zno nrs的晶体性质和紫外响应性能的影响。对zno nrs的后退火处理发现,退火处理未使zno nrs形貌发生明显变化,但有效抑制了器件的暗电流。该现象解释为退火对类施主态缺陷的补偿和对带尾态的抑制作用,导致晶体中电子浓度的降低,从而有效抑制了器件的暗电流,同时对锌间隙类施主态的补偿作用减弱了探测器的光响应电流。在400℃退火180 min的紫外传感器其灵敏度和信噪比分别高达4.4×10和112.9 d B,响应度达到了26.97 A/W,同时也具有最佳的响应时间和恢复时间,分别为9.23 s和0.48 s。

关键词：紫外探测器 zno nrs 水热法退火

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NiO/zno异质结柔性紫外光电传感器的制备和性能研究

NiO/ZnO异质结柔性紫外光电传感器的制备和性能研究

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作者：丁家慧哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着柔性可穿戴传感技术的发展,人们可以更容易地获取个人健康信息,用于健康监测的可穿戴传感器也受到了广泛的重视,如压力传感器、湿度传感器、紫外传感器等,其中可穿戴的紫外光电传感技术可以更便捷地跟踪看不见的紫外线,具有广泛的... 详细信息

随着柔性可穿戴传感技术的发展,人们可以更容易地获取个人健康信息,用于健康监测的可穿戴传感器也受到了广泛的重视,如压力传感器、湿度传感器、紫外传感器等,其中可穿戴的紫外光电传感技术可以更便捷地跟踪看不见的紫外线,具有广泛的应用前景,然而,这类柔性传感器面临着高性能、低成本和用户友好的重大挑战。为了保证灵敏感应紫外光的同时,满足柔性、自驱动、透明等可穿戴紫外光电传感器的需求,本文基于氧化镍纳米线(NiO NWs),复合氧化锌纳米棒(zno nrs)的材料体系,构成p-n异质结紫外光电传感器,期望可以缩短紫外光电传感器的响应时间,提高响应的开关比,获得高性能的可穿戴紫外光电传感器。研究结果表明NiO/Ag NWs@zno nrs构建的紫外光电传感器,具有明显的整流特性,在5 V偏压下暗电流在10A量级,光电流在10 A量级,其开光比达10,上升时间为2.2 s,下降时间为0.5 s。引入p-n异质结使得紫外响应速度和响应强度有了数量级的提升。在零偏压下,传感器的暗电流在10 A量级,而光电流产生在10 A量级,开光比可达10,其上升时间为0.9 s,下降时间为0.8 s,表现出有较好的自驱动紫外响应。本文在此基础上引入银纳米颗粒(Ag NPs)修饰NiO/Ag NWs@zno nrs紫外光电传感器,可进一步提高器件的紫外响应,减少响应时间。研究发现低浓度的Ag NPs修饰NiO/Ag NWs@zno nrs紫外光电传感器可有效增强器件的紫外响应,在1 V和0 V偏压下,灵敏度分别提高了4倍和6倍。当Ag NPs的浓度过高时,器件的紫外响应反而减弱。Ag NPs的等离子体耦合共振作用,不仅增强了对紫外光的吸收,还通过电子传输、增加激子复合通道等方式,加快了zno nrs中光生载流子的分离和复合,使得紫外响应的光电流增强。构建的紫外光电传感器在柔性、透过率上也可满足可穿戴传感器的需求。

关键词：紫外光电传感器 zno nrs NiO NWs p-n异质结透明

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一维zno和TiO2纳米棒阵列光电特性研究

一维ZnO和TiO2纳米棒阵列光电特性研究

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作者：刘丁天津理工大学

学位级别：硕士

金属氧化物zno和TiO均为宽禁带半导体,具有物理及化学稳定性高、抗辐射性能好、价格低廉等优势,一维纳米结构的zno和TiO具有大比表面积、载流子定向传输的特点,已经广泛地应用在生物传感器、光催化、太阳能电池、阻变存储器以及紫外光... 详细信息

金属氧化物zno和TiO均为宽禁带半导体,具有物理及化学稳定性高、抗辐射性能好、价格低廉等优势,一维纳米结构的zno和TiO具有大比表面积、载流子定向传输的特点,已经广泛地应用在生物传感器、光催化、太阳能电池、阻变存储器以及紫外光探测器等多个领域。由于化学生长的一维纳米结构的形貌以及薄膜的均匀性难以精确控制,增大了光电子器件中的接触电阻,限制了载流子传输和器件的工作稳定性;大量的表面态和缺陷态作为电荷复合中心,不利于光生电子-空穴对的分离和传输,影响光探测器件和太阳能电池的转换效率。本文在一维纳米薄膜生长质量工艺调控的基础上,构筑Ag/zno纳米棒阵列(nrs)肖特基结和Au/TiO nrs肖特基结,研究电场驱动下的紫外光响应性能,探究在光场、电场协同作用下缺陷对zno nrs薄膜和TiO nrs薄膜导电行为的影响。本论文主要研究内容和结论如下:(1)研究不同厚度的AZO籽晶层对zno nrs的形貌、结晶质量和Ag/zno nrs肖特基结的紫外光响应特性的影响。三层AZO籽晶层上生长的zno nrs的致密性较好、结晶质量较高、载流子浓度大、耗尽区窄、界面电荷转移电阻较小,zno nrs的导带和价带位置有一个明显的上移,所构筑的肖特基结的光响应度和光电流较大。(2)研究无水乙醇稳定剂添加量对TiO nrs的形貌、结晶质量和Au/TiOnrs肖特基结的紫外光响应特性的影响。无水乙醇添加量为10 m L时生长的TiOnrs的结晶质量最好、载流子浓度最大、界面电荷转移电阻最小,费米能级位置最高,所构筑的Au/TiO nrs肖特基结具有良好的整流特性和较好的光响应性能,在-1 V低偏压驱动下,对376 nm的弱紫外光的响应度达到了8.9 A/W。(3)研究了电场和光场协同作用下zno nrs和TiO nrs的导电行为。发现在0 V→+V→0 V→-V→0 V循环电场作用下,基于zno nrs薄膜的器件表现出电流跳变的现象,符合阻变存储器应用要求。光、电场联合作用下,两种结构的阻变窗口都有所增大,操作电压下降。基于TiOnrs薄膜的器件出现了暗态和光照下相反的类神经突触行为,这种光场对电子突触行为的调节为实现神经突触功能器件提出了新的工作思路。

关键词： zno nrs TiO2nrs 肖特基结光响应特性导电行为

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多孔陶瓷基zno纳米棒阵列的制备及压电光催化性能研究

多孔陶瓷基ZnO纳米棒阵列的制备及压电光催化性能研究

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作者：杨菲西安理工大学

学位级别：硕士

zno氧化还原能力强、光化学性质稳定、制备工艺简单,且兼具压电和光电特性,但其在降解污染物过程中光生载流子分离效率低且难以回收。将zno纳米棒生长在多孔陶瓷内壁表面,利用水流在三维多孔结构中复杂流动产生的能量冲击导致zno纳米棒... 详细信息

zno氧化还原能力强、光化学性质稳定、制备工艺简单,且兼具压电和光电特性,但其在降解污染物过程中光生载流子分离效率低且难以回收。将zno纳米棒生长在多孔陶瓷内壁表面,利用水流在三维多孔结构中复杂流动产生的能量冲击导致zno纳米棒变形,形成周期性内建电场,来持续分离光生载流子,可以提高其光催化性能,同时解决了 zno的回收问题。为此,本文采用水热法分别在具有小而密、规则孔道的Al2O3直通孔陶瓷和具有不规则孔道结构的ZrO2泡沫陶瓷表面上生长zno纳米棒阵列（Nanorod arrays,以下简称nrs）,借助X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段分析观察zno nrs的组成和微观形貌。通过调节搅拌速率,分析水流在两种多孔结构中的流动状态,探究光催化性能的变化规律,揭示不同载体中水的流动状态引起zno纳米棒变形、提高其光催化性能的机理。以5wt%的Al2O3为原料、以叔丁醇溶液为溶剂,采用海藻酸钠离子凝胶法制备Al2O3直通孔陶瓷,所得样品具有小而密的气孔结构和高的比表面积,孔径分布在100-200μm,并且孔壁薄、强度高,横截面上孔结构高度有序排列,开口气孔率达到80%以上。以此为基体采用水热法生长zno nrs,当浸蘸zno籽晶溶液的次数为600次时,zno纳米棒的长径比适中,与陶瓷基体的孔径相适应;随着搅拌速率提高,zno nrs/Al2O3直通孔陶瓷对MO溶液的降解效率也随之增大,证明Al2O3直通孔陶瓷小孔薄壁的多孔结构能够提高zno nrs压电光催化活性;在AgNO3浓度为0.02mol/L所制备的Ag/zno nrs/Al2O3直通孔陶瓷,其光催化性能相对于未负载的zno nrs提高了 36%。采用水热法在不规则孔道结构的商用ZrO2泡沫陶瓷上生长zno nrs,研究了在泡沫陶瓷上浸蘸不同次数的籽晶溶液对zno形貌的影响,分析了水流冲击力对zno nrs/ZrO2泡沫陶瓷光催化性能的作用机理。结果表明,浸蘸zno籽晶溶液的次数为200次时,纳米棒之间的间隙适中,长度均匀;搅拌速率的提升有利于促进zno nrs载流子的分离与迁移,转速为1000rpm时zno nrs/ZrO2泡沫陶瓷对甲基橙（Methyl Orange,简称MO）溶液的降解率最高,可达到70%;与二维导电玻璃片（FTO）基体和Al2O3直通孔陶瓷基体相比,ZrO2泡沫陶瓷复杂又曲折的三维空间连通气孔结构、不规则的弧面构造更有助于改变水流状态,其不规则的多孔弧面构造内会形成能量大小不同的涡流,可以与zno nrs频繁接触碰撞更大限度地激发其压电特性,促使光生载流子的分离,大幅提升zno nrs的压电光催化活性。

关键词： zno nrs Al2O3直通孔陶瓷 ZrO2泡沫陶瓷压电光催化

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金属氧化物传输层对钙钛矿太阳能电池性能影响的研究

金属氧化物传输层对钙钛矿太阳能电池性能影响的研究

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作者：张琼河南师范大学

学位级别：硕士

近年来,钙钛矿太阳能电池在低成本、制备工艺简单的同时还能拥有优异的光电转换效率,使其在新一代光伏器件中具有重大的理论研究价值与实际意义。自2009年人们第一次将钙钛矿结构引入光伏领域以来,经过十年的时间,钙钛矿太阳能电池的效... 详细信息

近年来,钙钛矿太阳能电池在低成本、制备工艺简单的同时还能拥有优异的光电转换效率,使其在新一代光伏器件中具有重大的理论研究价值与实际意义。自2009年人们第一次将钙钛矿结构引入光伏领域以来,经过十年的时间,钙钛矿太阳能电池的效率已经提高到了 24.2%。随着器件效率不断的提升,稳定性逐渐成为决定钙钛矿太阳能电池能否继续发展和产业化的重要因素。本论文的工作主要通过围绕提高钙钛矿太阳能电池的效率以及器件的稳定性展开,本论文的工作主要通过围绕提高钙钛矿太阳能电池的效率以及器件的稳定性展开,主要涉及引入不同的氧化物作为钙钛矿太阳能电池的传输层,最终提升器件的性能以及稳定性。主要包括以下三方面的内容:1.研究了 zno纳米棒阵列(zno nrs)作为电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响。用zno nrs取代传统的Ti02电子传输层运用于无机钙钛矿CsPbIBr2中,将器件的效率提高到4.86%。接着,我们对zno nrs进行了界面修饰,修饰后的器件效率达到了 6.17%。研究表明,相较于平面的TiO2,运用纳米结构的zno纳米棒能有效的增加CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的厚度,经过界面修饰之后,钙钛矿能更好的沉积渗透到zno nrs中。使得钙钛矿活性层能更好的吸收太阳光的,减少界面的缺陷,提高电子的迁移率,增加器件的性能。除此之外,由于钙钛矿层能很好的渗透到纳米阵列中,从而能形成致密无孔洞的钙钛矿薄膜,从而具有较好的稳定性。在未封装保存在空气中300 h的条件下,器件还能保持80%以上的效率。2.研究了溶胶-凝胶法制备的CeOx薄膜电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响。通过研究不同浓度的CeOx前驱体溶液,最终得到浓度为O.01M时,器件获得了17.47%的效率。研究表明,使用CeOx薄膜作为电子传输层能和钙钛矿有更好的能级匹配,能更好的增强电子的提取传输能力并且能有效的阻挡空穴电子对的复合。同时,使用无机传输材料代替传统的有机传输材料(PCBM)能使器件在稳定性方面有更优异的表现。3.研究了使用全无机材料作为传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响。通过使用无机材料构筑一个结构为ITO/NiOx/CsPbIBr2/CeOx/Ag的全无机钙钛矿太阳能电池,最终能得到一个在倒置结构的无机钙钛矿结构中相对较高的光电转换效率。研究表明,大多数小分子在高温退火情况下会发生聚合,这使得其应用在太阳能电池中会受到阻碍,从而会降低器件的稳定性。因此,移除有机传输层或者使用无机传输材料能很好的解决钙钛矿太阳能电池稳定性的问题。

关键词：钙钛矿太阳能电池 zno nrs PCBA CeOx NiOx 稳定性

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