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硅微/纳米线有望成为未来集成电路、传感器以及光电等领域的重要组装模块。其直径在微/纳米尺度,长度为微米以上尺度,这种形貌结构使得硅微/纳米线具有独特的机械、光学、电学性能。制备长度超过厘米级且直径可控的硅微/纳米线,研究尺寸对硅微/纳米线性能的影响,是揭示纳米尺度新科学,发展高性能电子器件等研究领域的重要课题。 1.本论文在对硅微/纳米线生长机制深入理解的基础上,通过温度梯度引导的气-液-固(VLS)过程可控合成了长度达1.5厘米的超长硅纳米线以及直径均匀变化的逐渐尖细超长硅微/纳米线,并根据催化剂液滴的表面曲率振荡模型合理地解释了生长过程。为可控合成其它材料超长一维结构提供了理论依据和实验基础。 2.由于超长硅纳米线结合了硅材料优异的压阻效应、超过人体关节的长度以及出色的柔性,本论文利用单根超长硅纳米线制备了柔性应变传感器。该传感器具有高的灵敏度和优异的稳定性,能够对手指关节运动做出准确响应。超长硅纳米线在柔性应变传感器方面的应用揭示了超长硅纳米线作为一种新型柔性硅材料在柔性及可穿戴器件方面的潜力。 3.基于单根逐渐尖细超长硅微/纳米线研究了直径对硅微/纳米线电学性能的影响。研究结果表明,由于受到表面效应的影响,硅微/纳米线随直径减小,电导率逐渐降低;而单根逐渐尖细超长硅微/纳米线不同直径处体内电导率和表面电导率都基本相同。研究结果对基于硅微/纳米线的器件设计具有重要指导意义。 4.利用单根逐渐尖细超长硅微/纳米线进一步研究了直径对硅微/纳米线光电转换性能的影响。研究结果表明,随着硅微/纳米线直径的增大,其光电转换能力表现出先减小后增加的规律。这种变化规律是因为随硅微/纳米线直径增大对短波长光利用能力减弱及对长波长光利用能力增强造成的。我们的研究结论为设计具有高光电转换效率的硅微/纳米线基光电转换器件提供了依据。