ZnS@ZnO/有機納米復(fù)合結(jié)構(gòu)紫外探測器的構(gòu)筑與性能研究

紫外光電探測器可以廣泛地應(yīng)用于紫外制導(dǎo)、紫外預(yù)警及紫外對抗等軍事領(lǐng)域，也可以用于火災(zāi)預(yù)警、紫外通訊、臭氧層空洞檢測等民用領(lǐng)域。因此，紫外探測技術(shù)進一步的開發(fā)和研究工作對現(xiàn)代國防和日常生活都有重要的意義。在本項目的資助下，主要開展了基于ZnO微米線紫外探測器的構(gòu)建與性能研究，主要的研究內(nèi)容是：一利用ZnS納米粒子的表面修飾提高ZnO的光響應(yīng)度和響應(yīng)速度。二利用熱退火氧化的方法制備ZnO/Ga2O3異質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑了高性能的異質(zhì)結(jié)紫外探測器。該研究結(jié)果對于進一步實現(xiàn)更高性能的紫外探測器的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。隨著全球工業(yè)化的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴重，對環(huán)境保護及對污染物的降解處理成為當今社會面臨的重要問題。光催化降解污染物具有清潔、無二次污染、光降解效率高等優(yōu)點，因此可以利用光降解技術(shù)來解決當今的環(huán)境污染問題。在本項目的資助下，利用簡單的水熱法和電化學沉積法對半導(dǎo)體ZnO, Cu2O等進行形貌調(diào)控，結(jié)構(gòu)優(yōu)化及構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)等方法，獲得對有機污染物具有高降解效率與較好循環(huán)使用性的光催化劑，這對半導(dǎo)體材料在光催化解決環(huán)境污染問題的實際應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ),具有一定的指導(dǎo)意義。

紫外探測技術(shù)在國防和民用方面的重要性使其成為當今的一個重要研究課題。目前影響ZnO納米結(jié)構(gòu)紫外探測器使用的關(guān)鍵問題是：對紫外光的吸收效率小使響應(yīng)度較低、電子渡越路徑較短使并聯(lián)電阻值較小導(dǎo)致暗電流較高。為此，本項目提出利用以ZnS@ZnO納米核殼結(jié)構(gòu)及有機物聚乙烯咔唑（PVK）混合物作為光吸收活性區(qū)，來提高紫外光的吸收效率及光生載流子的有效分離效率，研究納米復(fù)合物的尺寸、無機有機物的混合比對探測器響應(yīng)度的影響和物理機制；以有機物空穴阻擋層（BCP）、空穴傳輸（PEDOT：PSS）、電子阻擋層（TPD-Si2）等無機材料為載流子限制層構(gòu)筑垂直結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器來降低暗電流，研究載流子限制層、界面處電荷注入對該結(jié)構(gòu)的紫外探測器的電學和光譜響應(yīng)特性的影響，探尋降低暗電流和提高響應(yīng)度的方法和技術(shù)。通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)及制備方法和技術(shù)，制備一種高效、高靈敏度和低成本的紫外光探測器。

基于某些有機酸堿對能夠通過氫鍵形成有相當強度的凝膠體的事實，選擇、設(shè)計和合成特定的有機酸堿對，通過低溫膠凝反應(yīng)獲得有機酸堿構(gòu)筑的超分子膠凝材料并同時在特定的模具中成型。結(jié)合X-射線單晶衍射和X-射線粉末衍射等方法分析膠凝材料的組成與結(jié)構(gòu)，通過多種手段研究材料的強度、硬度等力學特性以及可能具有的其他特殊性能，探討該類凝膠材料實際應(yīng)用的可行性。研究不同有機酸堿對超分子聚集體結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；研究反應(yīng)條件和超分子聚集體中氫鍵的聚集方式及其對超分子膠凝材料形成、結(jié)構(gòu)和性能的影響；通過晶體工程的設(shè)計手段，指導(dǎo)不同結(jié)構(gòu)的超分子膠凝材料的合成，從而獲得結(jié)構(gòu)新穎和性質(zhì)獨特的超分子膠凝材料。.本項目涉及化學、晶體工程學、材料科學和生命科學等多種領(lǐng)域，研究有機酸堿構(gòu)筑的超分子凝膠材料的合成與功能特性，提供了一類全新的功能材料及其設(shè)計和合成路徑，對于配位化學、超分子化學和材料科學的發(fā)展具有重要科學意義。

作為一個獨立的分支學科，超分子化學正在迅速發(fā)展成為化學領(lǐng)域的熱點之一?；谟袡C酸堿構(gòu)筑的超分子膠凝材料，可以通過晶體工程設(shè)計的方法改變其結(jié)構(gòu)和性能，使其具有類似于無機膠凝材料的機械強度，和無機膠凝材料不具備的特殊性能。該類材料加工簡便，容易回收，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。 本項目選擇能夠形成豐富超分子構(gòu)筑模式的氨基雙膦酸和含氮雜環(huán)堿，通過超分子化學和晶體工程的方法，設(shè)計合成了未見文獻報道的新型化合物36個，并從中選擇、設(shè)計出一系列超分子膠凝材料，深入研究它們的結(jié)構(gòu)、功能特性及潛在的應(yīng)用價值。實施該項目，獲得了一種具有甲醛吸附性能和甲醛/紫外光誘導(dǎo)熒光轉(zhuǎn)換性能的超分子石膏(AEDPH3)?(BtaH) (1)，該超分子石膏具有良好的機械性能，同時能夠高效地吸附和清除甲醛，并具有有趣的甲醛/紫外光誘導(dǎo)熒光轉(zhuǎn)換行為，可以作為檢測甲醛的靈敏探針；獲得了一種具有濕度誘導(dǎo)熒光轉(zhuǎn)換性能的超分子凝膠(H2PO3)2?(H3PO3)?(phenH)2?(H2O) (2)，該化合物室溫下可制備為蠟狀的凝膠體，是首個具有室溫下水/濕度誘導(dǎo)熒光轉(zhuǎn)換性質(zhì)的材料，具有可逆儲水功能，并具有高溫下的熱致變色性質(zhì)，可以用于溫度和濕度的顯示測量；獲得了一種具有氨氣吸附和檢測性能的高強度有色超分子石膏(AEDPH3)?(8-OQH)?(H2O) (3)，具有遠超一般石膏的機械強度，還具有十分良好的氨氣吸附性能和氨氣誘導(dǎo)變色性質(zhì)，可以用于室內(nèi)環(huán)境氨氣污染防治和氨氣檢測；構(gòu)建了一種基于超分子溶膠的有機/高分子模板劑，將該超分子體系用于磷酸亞鐵鋰材料前驅(qū)物的制備，獲得了電化學性能優(yōu)越的具有微納結(jié)構(gòu)的磷酸亞鐵鋰正極材料，并成功將此方法用于實際生產(chǎn)中。 研究該項目，從理論上充分證實了有機小分子依靠氫鍵形成的超分子膠凝材料具有較好的機械性能，顯示出新穎功能特性，為新型膠凝材料的設(shè)計和合成提供了全新的思路；從應(yīng)用角度證明所合成的超分子膠凝材料體現(xiàn)出良好的力學性質(zhì)，并具有殺菌、阻燃、氣體吸附、空氣污染物治理和檢測等多種功能，可用于許多無機膠凝材料不適合使用的場合，是一類具有良好的應(yīng)用前景的環(huán)境友好材料。 2100433B