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随着科技的进步,透明,柔性,可穿戴,自供能的电子设备成为当前追求高端技术的新浪潮,相应地透明柔性微纳器件的发展应运而生,寻找一种性能优异,绿色无毒,生物相容性的材料成为迫切的需要。氧化锌(ZnO)作为一种常见的无机金属氧化物,储藏丰富,制备简单,光电性能优异,绿色环保,成为了目前学者们研究的首选材料之一。ZnO的带隙约为3.3 eV,激子结合能为60 meV,对紫外光有较强的吸收;其独特的压电性能更是为ZnO在光电领域的应用巩固了地位。本文以ZnO为材料,通过磁控溅射和水热合成法设计合成了具有不同形貌和结构的ZnO,据此设计制备了具有不同功能的光电器件,并深入研究了其压电特性对不同光电器件的性能的影响。具有内容如下: 第一,通过原位改性水热合成法制备了氯(Cl)掺杂ZnO纳米线薄膜,并通过一系列的表征手段分析,指出由于化学掺杂可使ZnO的c轴方向诱导产生晶格应力,在外力的作用下正负电荷中心更易分离,进而提高压电输出。实验结果表明,Cl掺杂ZnO在c轴方向的晶格应力由于Cl和O之间的离子半径不匹配所致。另外,利用与p型CuO薄膜叠加形成p-n结,发现此结构的纳米发电机在化学掺杂和界面调控的双重作用下,可进一步提高压电输出而避免受到电子屏蔽效应的影响。 第二,同样是利用原位改性水热合成法制备了卤素掺杂ZnO纳米线薄膜,经过一系列的表征和分析,证明卤素元素成功被引入到ZnO晶格当中,并取代O的位置,由于不同卤素之间的半径不同,引起的晶格应力在压应力到拉应力之间变化。此外,将F,Cl,Br,I作为掺杂剂用以合成的掺杂ZnO基纳米线薄膜纳米发电机,经过实验发现可有效提高ZnO基纳米发电机的压电输出性能。 第三,利用ZnO的半导体性能,光学性能和压电性能,设计了柔性,透明的p-CuI/n-ZnO异质结紫外光探测器。通过对CuI薄膜与ZnO薄膜构成的压电纳米发电机的压电输出性能进行测试,发现纳米发电机的压电输出得到了显著的提高,这是因为p型CuI可较大的消耗界面处ZnO内部自由电子,减少屏蔽作用。此外,对构建的CuI/ZnO紫外光探测器性能进行了全面的分析,发现利用ZnO的压电光电子学效应,在外应力的作用下,正压电电荷使得势垒高度降低,加速了电子在界面处的传输,使得CuI/ZnO紫外光探测器的性能在外应力和光强的调制下得到了大大的提高。 第四,我们设计了简单有效的方法来提高ZnO的光催化性能,通过超声的作用,利用ZnO的压电电势抑制光生电子和空穴的复合,以达到催化的目的。另外,在Ag2S的存在下,在超声的作用下,利用ZnO的压电电势可有效调制Ag2S颗粒内部的光生电子和空穴向相反的方向移动,减少复合几率。这些光生电子和空穴和催化剂表面的水和溶解氧反应生成活性自由基,进一步分解MB成无机小分子,达到催化降解的目的。