基于微乳电化学行为的纳米制造：从材料到器件

面向发展大批量、高速度和大面积纳米结构制造与组装，针对跨尺度材料-器件一体化制备的技术瓶颈，本项目以TiO2气敏阵列新型传感器为例，提出基于微乳电化学行为的纳－微－宏多尺度纳米制造的新方法。通过微乳体系的尺度限域效应和电化学组装实现从纳米管制备、异质结形成与电极信号连接的从敏感材料到器件的液相制造。探索基于单相W/O及双连续相微乳体系的阳极氧化和阴极还原沉积制备纳米管敏感材料、掺杂、异质结接触与电极连接的电化学动力学行为和器件形成技术；考察基于不同功能微区掺杂形成的传感阵列的气敏特性，归纳微乳电化学与传感材料与器件多尺度制造的作用规律和机理。阐明微乳电化学行为与纳米结构调控的内在机制，揭示限域生长半导体器件的表/界面物理化学效应。研究结果将为相关性质半导体器件的结构操纵与制造新技术提供理论和实验依据，为传感阵列的集成提供有效手段，有望在大规模电子鼻芯片的纳米制造方面取得原创性技术成果。

本项目针对跨尺度材料-器件一体化制备的技术瓶颈，提出基于微乳电化学行为的纳－微－宏多尺度纳米制造的新方法。通过微乳体系的尺度限域效应和电化学组装实现从纳米阵列制备、异质结形成与电极信号连接的从材料到器件的液相制造。项目取得了以下成果：.（1）通过电位、温度和溶液环境控制在含F-离子的乙二醇微乳体系实现了尺度可控高比表面二氧化钛纳米管阵列薄膜的大面积（100X100mm2）合成与构造，比较了不同气氛热处理对纳米阵列光电性能的影响，发现氧气氛处理纳米管具有最佳的光电催化性能。.（2）通过合金阳极氧化的方法获得了贵金属（Pd、Ag、Au）和过渡金属（W、V）原位复合的二氧化钛纳米管阵列薄膜；通过电化学沉积构筑出纳米管同轴填充和管外外延（Ag、Au；SnO2、Cu2O/CuO、PdO；石墨烯及稀土酞箐等）的异质结微纳结构，为器件的功能化提供了物质基础和技术手段。.（3）考察了复合二氧化钛纳米管阵列器件的气体敏感特性。表明Pd、Au和酞箐的修饰可显著提高H2、CO和NO2的响应特性，并对增强机理进行了探讨。探索了光促气敏的可行性，初步研究结果表明染料敏化氧化钛纳米管阵列室温下对氢气具有敏感增强作用。.（4）采用电化学氧化控制方法在非晶合金上制备出了大面积WO3纳米片阵列薄膜，研究表明其具有显著的光电化学性能，有望应用作光电制氢器件。.（5）完成了项目的研究任务。项目组共发表了研究论文20篇，其中SCI收录论文14篇，EI收录论文5篇，申请发明专利3项。