基于超细氧化锌纳米线的高性能紫外光探测器

UV detection has wide applications in national defense and military, environmental monitoring and biomedicine etc. The high performance UV detectors based on nanomaterial have great research value and broad application prospects. In this project, we attend to develop the high performance ZnO nanowire UV detector with the on/off current ratio 100 times higher than the current maximum value and fast response and recover velocity. For achieving this purpose, first, we develop a new synthesis route to get the ultrathin and ultralong single crystal ZnO nanowire with the diameter smaller than 50 nm and the length longer than 100 μm. Second, explore the doping process and surface modification technology to get ZnO nanowires with different oxygen vacancy concentration and different doping concentration. After that, explore the method of connecting the precious metal and polymer material on ZnO nanowires. Then, study the mechanism of ultrathin ZnO nanowire UV detector and explore the influence of nanowire's diameter, carrier concentration and surface modification on the on/off ratio and response rate to get the method of increasing the performance of nanowire UV detector. Finally, based on the ultrathin single crystal ZnO nanowire, develop the high performance UV detector with ultrahigh sensitivity to pave the way for the applications of ZnO nanowire UV detector.

紫外探测在国防军事、环境监测、生物医学等方面有着广泛的应用，基于纳米材料的高性能紫外探测器具有重要的研究价值和广阔的应用前景。 本项目旨在开发出开关电流比高于目前国际最高记录１００倍以上、具有响应速度快和回复时间短特点的高性能氧化锌纳米线紫外探测器。针对这一目标，首先，开发氧化锌纳米线的新型制备工艺，获得直径小于５0 nm、长度大于100 μm的超细超长单晶氧化锌纳米线。其次，探索氧化锌纳米线的掺杂工艺和表面修饰技术，获得不同氧缺位含量、不同掺杂浓度的氧化锌纳米线。随后，探索在氧化锌纳米线表面有效嫁接贵金属和高分子材料的方法。最后，开展氧化锌纳米线紫外探测器的机理研究，获得氧化锌纳米线的直径、载流子浓度和表面修饰对传感器开关电流比、响应速率等的影响，最终找到提高纳米线紫外探测器性能的方法，从而开发出基于超细单晶氧化锌纳米线的超高灵敏度紫外探测器，为氧化锌纳米线紫外探测器的应用打下基础。

随着人们对环境问题的日益关注，对环境污染的监测已成为人们研究的重要课题。在各类环境污染中，紫外线辐照对人体健康的影响随着臭氧层破坏而日益严重，是一种典型的光污染。通过一个地区对紫外线辐照强度的实时监控，不仅有利于保护该地区人们的健康，而且可以反馈出该地区臭氧层的破坏及日照量等信息，为该地区环境保护、作物种植和太阳能利用等提供一定的参考。另外，紫外线探测在导弹预警、战场监测、空间研究、高温工作设备火焰监测和光通讯等领域同样有着广泛的应用。基于超细氧化锌纳米线的紫外探测器研究对于大幅度地提高紫外探测器的性能，对于提高紫外探测器的便携性、实用性具有重要的作用，在国防军事、环境监测、生物医学等诸多领域具有重要的价值。.本项目围绕着提高ZnO纳米线紫外探测器性能这一核心目标开展研究工作，从理论和实验两个方面系统地研究了影响ZnO纳米线紫外探测器性能的重要要素，寻找提高ZnO纳米线紫外探测器性能的有效途径。我们合成出了直径小于50 nm的超细超长单晶氧化锌纳米线，制备出纳米线网状薄膜；获得了纳米线的直径、氧空位浓度、表面修饰、环境因素和电极材料等对超细氧化锌纳米线紫外探测器的影响规律；阐明了超细氧化锌纳米线紫外探测器的工作机理；获得了开关电流比超过目前最高水平100 倍以上（达到109）、响应电流高、功耗低、可靠性高的氧化锌纳米线紫外探测器。此外，我们也开展了一系列紫外探测器相关的工作，如氧气吸附的理论研究、ZnO@ZnS核壳结构的异质结紫外探测器、自供能紫外探测器对紫外敏感的摩擦纳米发电机等。.在本项目执行期间，我们共发表SCI研究论文23篇，其中在SCI一区期刊上发表的论文19篇，期刊影响因子大于10的论文11篇；获授权专利3项，申请专利3项。共培养硕士研究生9名，博士研究生9名，其中两名博士获得甘肃省优秀博士论文，一名硕士获得甘肃省优秀硕士论文。项目负责人2015年1月入选“长江学者奖励计划”。