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时间：2021-12-08
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1、分类号：O469密级：公开学校代码：11065学号：2015020270学术硕士学位论文电纺ZnO微纳米纤维及传感性能研究作者姓名刘燕杰指导教师张红娣副教授龙云泽教授学科物理学培养单位物理科学学院答辩日期2018年5月21日摘要ZnO纳米纤维因具有宽禁带、高激子结合能等优异性能在开发纳米光电传感器、光催化器件和纳米发电机等领域具有广阔的应用前景。为加快ZnO纳米纤维在传感器件领域的应用进程，本文通过便捷高效、安全环保的静电纺丝技术制备出p型Ce-ZnO纳米纤维基光敏、湿敏传感器，初步探究其传感机理，并
2、优化拓展其在柔性可穿戴器件领域的应用。首先，通过静电纺丝结合高温煅烧技术，成功制备出n型的纯ZnO纳米纤维和p型Ce-ZnO纳米纤维，并对其表面形貌、元素组成、晶体结构、光电性能和掺杂浓度进行实验探究。结果表明，Ce元素成功地掺入ZnO纳米纤维中，明显的场效应曲线表明Ce-ZnO是p型半导体；ZnO纳米纤维和ZnOp-n同质结都具有优异的紫外线敏感性，Ce-ZnO的响应灵敏度比纯ZnO高出两个数量级；ZnO基p-n同质结呈现典型的整流效应，在波长为254nm的紫外光照射下，开启电压约降低10V。这些结
3、果表明，Ce-ZnO纳米纤维在光电传感器件领域应用前景广阔。其次，进一步探究湿度对ZnO纳米纤维紫外光敏传感性能的影响，并对其传感机理进行了相关解释。实验结果表明，湿度对ZnO纳米纤维的紫外光敏感性有很大影响。无紫外光照时，纯ZnO的响应度随相对湿度的增加而增大，而Ce-ZnO纳米纤维的响应度减小；紫外光照射条件下，纯ZnO的响应度随湿度增加而减小，Ce-ZnO纳米纤维则增大。相对湿度为97％时，纯ZnO和Ce-ZnO光电流的最高响应度分别为88.44和683.67。此外，ZnO纤维对紫外线响应具有良
4、好稳定性和可重复性。文章最后讨论了与氧气和水分子相关的传感机制。实验结果进一步拓展了p型Ce-ZnO纳米纤维在光敏、湿敏传感器件领域的应用。最后，借助静电纺丝技术，制备出柔性ZnO/SiO2复合纳米纤维膜，攻克了ZnO脆性太大的难题，并将纤维膜组装成柔性压力传感器，对其电学响应性能进行研究。实验结果表明，样品弯曲曲率半径为1.25cm-1时，灵敏度约为12.75；纤维在多种压力作用下表现出优异的压力敏感性，当压力为32.60kPa时，灵敏度高达20.12；传感器也具有稳定性与可重复性；最后，初步探究了
5、柔性压敏传感器的传感机制。研究结果表明，柔性ZnO/SiO2复合纳米纤维膜在柔性可穿戴电子器件领域有应用前景。关键词：P型ZnO；纳米纤维；静电纺丝；传感器；传感机理AbstractZnOnanofibershavebroadapplicationprospectsinthedevelopmentofnano-photoelectricsensors,photocatalyticdevice
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