“液-液界面自组装”法制造无机半导体薄膜光电器件及其性能研究

近年来纳米薄膜光电器件制造成为纳米研究领域中的前沿与热点课题。然而，目前纳米薄膜光电器件的制造存在工艺昂贵、加工效率低、对环境有污染、性能不稳定等致命弱点，使实验室规模的研究难以普及。本研究为纳米薄膜光电器件的制造寻求新的途径，拟采用"液－液界面可控自组装"方法，将低维（零维、一维与二维）无机半导体纳米结构在"液－液界面"上可控自组装成致密的薄膜，并在薄膜上构筑纳米光电器件，测试器件的物理性能。相对传统方法而言，该纳米制造工艺具有操作简便、成本低廉、性能稳定等优点。本项目通过研究低维纳米结构在"液－液界面"的自组装及其功能化，揭示该纳米制造工艺的物理机制及其调控规律，为低维纳米结构在界面自组装及其应用提供理论依据，而且为新型纳米薄膜器件的开发、降低其制造成本提供一条崭新的途径，奠定"发展新型薄膜纳米器件"的理论和应用基础。

该项目紧紧围绕课题研究的总目标，成功的构筑了一种基于K2Nb8O21纳米线的新的UV-A（紫外）光探测器，该铌酸钾纳米线可通过一种简单的熔盐方法合成。这种基于单根铌酸钾纳米线的光探测器对UV-A光具有极好的灵敏度和波长选择性。相比于基于单个纳米结构的氧化物半导体探测器，这种探测器具有更高的响应速度，而且，它的响应率远高于基于单根ZnS纳米带光探测器，我们从场发射和热场发射的观点来解释了器件导电特性随光强变化的机理。基于界面自组装法，构筑了高性能的发光薄膜，提出了一种新的工艺路线制造多孔性光电薄膜器件，由于该器件具有多孔网络状结构极大提高了光源的吸收率和器件的光电流，制备的SnO2多孔网络薄膜的光电器件，对紫外光有很好的响应，具有较高的光电流和灵敏度、出色的稳定性和重复性。论证了ZnS纳米结构可应用于可见光盲目的紫外光探测器，并通过异质纳米结构的复合，克服单一材料的缺陷，分析出交叉排列的异质结能级，在宏观上组成具有新性能的材料，产生协同效应，扩大材料的应用范围。在该基金的支持下，以项目申请人为第一作者和通讯作者，已经在材料类著名杂志上发表论文15 篇，分别为分别为3 篇Advanced Materials，1 篇Nano Letters，8篇Advanced Functional Materials，1 篇Chemical Society Reviews，Advanced Optical Materials和1篇ACS Applied Materials & Interfaces。其中1篇Advanced Materials论文被选为杂志内封面，其中受邀在Chemical Society Reviews撰写了有关界面自组装构筑纳米器件的综述论文。受邀在美国召开的美国电化学学会第222次会议上、台湾召开的The 4th Asian Symposium on Advanced Materials Chemistry （ASAM-4）做邀请报告2次。到香港城市大学、韩国科学技术院（KAIST）、日本国立材料研究所（NIMS）和美国加利福尼亚大学圣塔克鲁兹分校学术交流4人次。该国家基金参与培养4位博士后，1位博士生和1位硕士生。