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2012年全国百篇优秀博士学位论文—硅和Nafion纳米线的制备及其在纳米能源中的应用
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随着纳米科学与技术的发展,利用纳米材料的独特性能,开发出了大量各种功能的纳米器件,如纳米生物传感器、实时体内医疗监控器、血糖检测传感器、光电传感器等,有些已经在临床上取得了应用。但是这些纳米器件均需外部能源的供给才能工作,这就使得研究可持续的、便于维护的、与纳米器件功率与尺寸匹配的纳米能源,在纳米/亚微米尺度上驱动纳米器件成为当务之急。本论文利用模板压力注入法和电纺丝法分别制备了尺寸均匀且可控的全氟磺酸型质子交换树脂Nafion纳米线,直径100nm到20μm,长度厘米量级。对单根Nafion纳米线的质子传导性能研究发现,Nafion纳米线的质子传导率比传统Nafion膜的质子传导率高若干量级,且存在明显的尺寸效应,随纳米线直径的减小而呈指数增加。基于Nafion纳米线,首次在国际上成功制备了基于单根纳米线的纳米燃料电池,并且对电池性能作了全面的研究,最终成功利用该纳米燃料电池驱动纳米器件。通过优化电池参数,目前得到纳米燃料电池的最佳性能为:开路电压约为430mV,最大电流密度为4.33μA/μm2,最大功率密度为0.44μW/μm2。为了研究可植入体内的纳米能源,又研究了以单根Nafion纳米线为质子导体,以葡萄糖氧化酶和漆酶为催化剂,能够将体内或环境中葡萄糖中的化学能转化为电能的纳米生物燃料电池。目前已经利用该纳米燃料电池驱动了纳米葡萄糖传感器、pH传感器以及光电传感器,实现了纳米器件自我供能。本文还改进了本课题组在催化腐蚀法制备硅纳米线阵列方面的研究,结合微电子光刻工艺,制备出了大面积的排列有序,完全可控的硅纳米线阵列。并利用干法刻蚀及超高真空气相沉积技术制备了芯-壳结构硅锗单晶外延纳米线阵列。对其结构及性能进行了详细的表征,并尝试制备基于芯-壳结构硅锗单晶外延纳米线的太阳能电池。本工作对研究从环境中获取能量,用以驱动纳米器件、无线传感器,甚至是便携式电子器件,建立自供能纳米系统提供了一种新的途径,在生物学、环境监测、国防技术、个人电子器件方面都将有很大的应用前景 个人觉得其研究方法和思路值得我们学习。 |
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2012-08-15 22:30:44, 8.02 M
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yuan999
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48楼2012-08-20 14:41:32
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2012-08-15 23:02
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jacob2583楼
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