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半导体金属氧化物如TiO2、Nb2O5等在诸多领域都有十分广泛的应用,其一维(1D)纳米结构具有高比表面积、有序的电荷传输通道和特殊的表面性能,尤其是1D纳米阵列薄膜,高度的规整有序性使得其功能应用有很大拓展。而1D纳米阵列薄膜的可控、环境友好、廉价的制备仍是目前1D纳米结构材料广泛应用的瓶颈之一,因此对相关材料的制备方法探索、制备工艺控制及相关工艺原理的研究仍是目前该领域的研究热点。本文在充分调研电化学自组装法制备1D金属氧化物材料的基础上,探索了阳极氧化TiO2阵列薄膜的制备及表面修饰工艺,成功制备了CeO2纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列薄膜电极;以非腐蚀性的氟化铵为原料,采用水热法制备了非掺杂及掺杂的Nb2O5纳米棒阵列薄膜电极;分析了电化学条件下及水热条件下1D纳米材料的形成机理。在成功制备1D纳米结构的基础上,研究了基于1D纳米结构电极的电致变色器件、电化学储能器件和气体传感器等,探索1D纳米结构在器件方面的应用。论文主要内容概述如下:
第一章为绪论部分。主要介绍了1D氧化物纳米材料的发展历程,以及1D氧化物纳米薄膜的主要应用领域,并围绕电化学自组装和水热两种制备方法阐述了1D氧化物纳米结构制备方面的研究进展。最后阐述了论文的选题依据和研究目的。
第二章主要介绍了CeO2修饰的TiO2纳米管阵列薄膜电极制备及相关性能。探讨了CeO2在纳米管中沉积的机理;采用循环伏安法及计时电流法对纳米复合电极的储能特性、Li+在纳米复合结构中的注入和抽出过程进行了研究。
第三章主要研究了基于CeO2修饰的透明导电玻璃基底上TiO2纳米管阵列薄膜电极及其在电致变色器件中的应用。比较了修饰的和未修饰的纳米结构复合材料对电极,通过计时电流法对基于不同对电极材料的电致变色器件的对比度和响应时间等性能进行了研究,探讨了CeO2修饰对电极材料具有优良性能的机制。
第四章主要研究了Nb2O5纳米棒薄膜的水热生长机理,分析了水热条件对纳米棒形貌及结构的影响,解释了束状纳米棒的成因。通过对电化学储能器件和气体传感器的性能表征,研究了Nb2O5纳米棒阵列薄膜电极材料的电化学储能特性和气敏特性。
第五章为全文总结。