新型准一维SnO2/Sn同轴纳米电缆的制备、物性及氢敏性能应用研究

对已制备出准一维SnO2/Sn同轴纳米电缆的自组装方法进行深入改进，开展此电缆核壳尺度可控、均匀的自组装生长；通过模板法及热氧化法，进行此电缆有序化阵列的制备；基于此电缆核壳外延界面共格状态，运用分子动力学理论通过原子模拟方法进行对此电缆在轴向拉伸应变情形下机械力学特性研究；进行多根或单根此电缆的阴极射线发光（CL)测试，并通过差分时域理论分析是否有与此电缆核壳界面相关的等离子体共振模式（SPR）峰值加强的现象出现；进行此电缆或此电缆有序化阵列场致电子发射测试，并分析此电缆由于具有核壳结构、尺度等优势，场发射性能与其他材料相比是否有所提升；进行自组装型掺杂的此电缆氢敏传感器的研究及自加热增强型单根此电缆氢敏微纳传感器的研究，以使目前氢敏传感器件的灵敏度、响应度、稳定性、微型化、低能耗化、便于集成化等性能进一步提高。本项目创新性强，具有重要的学术意义与应用价值。预期研究结果可达国际先进水平。

本项目围绕着同质或异质微纳结构的合成与表征，热动力学分析，场致电子发射测试与分析，阴极射线发光的测试与分析，气体敏感传感器的设计、制备、测试与分析进行了大量的研究工作。其中，根据热动力学理论并结合相关实验探讨和完善了准一维SnO2/Sn同轴纳米电缆的核壳尺度可控生长问题，分析了其具有优异的场发射性能的物理机制，提出了其在构建自加热增强型单根结构气体传感器方面的内在机理；首次通过一部合成法制备出两个边沿被氧化铟纳米牙齿装饰的氧化锌纳米带的一维ZnO/In2O3异质纳米结构，通过二维电子气的相继遂穿理论解释了其具有较好场发射性能的物理机制，对于其阴极射线发光特性通过有限元模拟、异质结构能带理论、氧化锌的带隙及氧空位发光机制进行了合理的解释，并通过ZnO纳米带的VS过程及极性表面效应解释了其生长机制；首次合成出SnO2菊花状及盘状纳米结构，并辅助第一性原理计算得到SnO2的能带结构图谱，有力的佐证了其PL谱中343 nm的发光峰来自于SnO2的直接带隙发光；发现将单个ZnO蘑菇状微米结构作为光学谐振腔时，FP及WG光发射加强两大模式共存机制；对单个ZnO纳米钉结构的阴极射线发光现象辅助二维及三维的时域有限差分仿真模拟进行了详细解释；发现ZnO纳米铅笔阵列、In2O3纳米棒阵列、SiO2纳米尖阵列具有很好的场发射性能继而进行了合理解释；设计并制备出梳状交叉电极及适合单根纳米结构搭载的电极，开展了自组装型SnO2纳米棒气敏传感器对酒精的响应特性的研究，并通过非自组装方法将新合成出的具有较大的比表面特性的单根或多根SnO2 纳米扭折线、In2O3层状纳米线、ZnO双层纳米线结构等集成于梳状交叉电极或适合单根纳米结构搭载的电极上构建出具有较好气敏性能的各式气体传感器芯片。本项目创新性强，具有重要的学术意义与应用价值。研究结果已达国际先进水平。