石墨烯上半导体氧化物纳米线阵列的生长、性能及相关微/纳米器件的研究

石墨烯性能独特，是一种理想的柔性衬底材料。将多种半导体氧化物纳米线阵列直接生长在石墨烯上，不但避免了透明导电薄膜、金属薄膜与聚合物衬底的机械脆性高、热学与化学稳定性差等缺点，还可以广泛的运用于构筑多种性能优异的微/纳米光电器件。本课题旨在"石墨烯上半导体氧化物纳米线阵列的生长、性能及相关微/纳米器件的研究"，内容包括：（1）合成大量、大面积的单层或多层石墨烯。（2）发展一种通用、简单、绿色的合成方法，在石墨烯单面或双面上生长多种半导体氧化物纳米线阵列，形成半导体氧化物纳米线阵列/石墨烯纳米异质结构复合材料。（3）研究半导体氧化物纳米线阵列/石墨烯纳米异质结复合材料在线原位物理性能及其在力、电、热等外场作用下的响应过程。（4）探索半导体氧化物纳米线阵列/石墨烯纳米异质结复合材料用于构建微/纳米电子器件的可能性，设计与制备基于该种纳米复合材料的场发射显示器、气敏器件等。

随着纳米材料研究工作的不断深入，研究趋势已由纳米材料的制备转移到纳米材料功能化组装和纳米器件制造。将半导体氧化物纳米线阵列直接生长在石墨烯上，不但避免了透明导电薄膜、金属薄膜与聚合物衬底的缺点，还可以发挥有序和取向的纳米阵列结构的特点，更容易通过外场实现对其性能的控制。本课题主要研究是发展新方法实现多种半导体氧化物纳米线阵列在石墨烯上生长，形成半导体氧化物纳米线阵列/石墨烯纳米异质结构；系统地研究石墨烯基半导体氧化物纳米线阵列单体的物理性能；构筑基于在石墨烯上生长半导体氧化物纳米线阵列的微/纳米功能器件。重要结果和关键数据有：.成果1：发展了一种简单、通用的“纳米晶种导向”的水热法在柔性石墨烯基底生长了大面积半导体金属氧化物纳米棒。生长于石墨烯单面上，形成了SnO2/rGs、ZnO/rGs和TiO2/rGs双层异质结结构；生长于石墨烯的双面上，形成了TiO2/G/TiO2、SnO2/G/SnO2、ZnO/G/ZnO、MnO2/G/MnO2、CuO/G/CuO、ZrO2/G/ZrO2三层异质结构。在TEM系统地研究和发现了这些异质结构具有优异的的力学、导电性能和场发射性能；制备了多基于此种异质结结构微/纳米功能电子器件；此外，TiO2/G/TiO2异质结构具有优异光催化性能，SnO2/G/SnO2异质结构表现出优异的气敏性能；ZnO/rG和ZnO/G/ZnO双层和三层异质结的具有非常好气敏性能和光催化活性能，Ni(OH)2/CoO/rGs异质结构具有优异的电化学性能。.成果2：发现了在碳纳米管器件中电流热效应导致金属电极材料（如Au、Ag和Pt）熔化并流进碳纳米管内的现象，提出了热梯度力和电迁移力共同作用是决定熔融金属在碳纳米管内的流动方向和到达位置的解释理论；发现了熔融的Au/Ge液体合金在固态Ge纳米线中的电迁移的现象，实现了Au/Ge液态合金的可控迁移。这些发现为探索和解决基于碳纳米管和半导体纳米线的纳米器件的稳定性和安全性问题具有重要理论指导和技术意义。.成果3：基于半导体纳米材料单体的原位性能研究，利用不同种类半导体（如ZnO、CdS、SnO2、ZnS等）对不同波段光的响应特性，构建了对任意波段都有很好的响应特性的光探测器件，实现了多波段光探测器,利用β-Ga2O3多层纳米带和β-Ga2O3纳米线制备出高效、灵敏和稳定的深紫外光高温探测器。