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研究进展

研究进展

程纲教授课题组在Nano Energy上报道基于摩擦电微等离子体的ZnO纳米线表面钝化及高性能紫外光探测器

来源: 河南大学材料学院    日期:2019-11-15   浏览次数:

近期,程纲教授课题组的研究成果“Tuning Oxygen Vacancies and Improving UV Sensing of ZnO Nanowire by Micro-Plasma Powered by a Triboelectric Nanogenerator”在国际著名刊物Nano Energy (IF=15.548, JCR一区)上发表。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104210

等离子体技术是对材料进行表面钝化和提高器件性能的常用方法。然而,传统的等离子体发生器不仅价格昂贵、操作复杂,而且较难与其他测量设备集成在一起工作,这限制了对等离子体钝化效果的检测。另一方面,由于材料研究的微型化,基于等离子体技术演变而来的微等离子体已经成为国际上低温等离子体研究的热点课题之一。2018年,王中林领衔的团队将等离子体与摩擦纳米发电机结合起来,利用发电机高压输出的特点,提出了摩擦电微等离子体的概念。

基于此,本文介绍了一种利用摩擦纳米电发电机的高电压驱动的微等离子体调控ZnO纳米线表面氧空位的技术。结果表明,通过调控微等离子体表面钝化时间,氧化锌纳米线表面的氧空位逐渐被微等离子体产生的活性氧离子钝化。微等离子体钝化氧化锌纳米线中的氧空位后,ZnO纳米线的内阻显著提高。对于微等离子体钝化后的ZnO纳米线紫外光探测器性能,其开关比、增益和带宽乘积以及恢复速度分别提高了254、111和2651倍。同时,作者讨论了微等离子体调控氧化锌纳米线表面氧空位和改善其紫外传感性能的机理。

摩擦纳米发电机构造简单,价格低廉,操作方便,基于TENG的微等离子体技术可以集成到器件系统中,以钝化表面缺陷,提高器件性能,在物联网时代发展智能化、多功能传感器网络具有潜在的应用前景。

图一(a)基于摩擦纳米发电机的表面钝化系统示意图及电压-时间曲线(b),输出电压(电流)随负载变化的曲线(c),微等离子体表面钝化过程中的放电电流曲线。

图二(a)微等离子体钝化系统集成微区荧光测量,光电测量系统示意图;(b)单根ZnO纳米线在微等离子体钝化前后的微区荧光光谱。

                             图三 微等离子体表面钝化前后半对数的电流-电压曲线(a)及线性坐标中归一化的电流-电压曲线(b)。

Figure4-0731

图四 微等离子体表面钝化前单根ZnO纳米线的光电流曲线(a)及光开关曲线(b)(c);微等离子体表面钝化后单根ZnO纳米线的光电流曲线(d)及光开关曲线(e)(f)。

博士生杨锋为论文的第一作者,程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅和河南大学的经费支持。

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