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Small Methods: 有序桥连CuO微米球纳米线双功能器件的原位集成与应用
发布时间: 2021-06-28 15:21 | 【 【打印】【关闭】

  尽管CuO单晶纳米线兼具准一维单晶载流子传输通道、大比表面积、优异的催化、光吸收特性及出色的空气/水稳定性,已在能源、超微型光电、传感器件中显示出独特的优势,纳米线的器件化一直是制约其大规模应用的瓶颈。相对于传统的纳米线器件化方法(先生长、再电子束曝光或纳米线定向排列、最后蒸镀电极),在镀有底电极的绝缘衬底指定区域直接生长氧化物纳米线,若生长在邻近电极的纳米线在空间中相互接触——形成导电通道,即可通过原位生长获得“桥连纳米线器件”。尽管热氧化(镀在叉指电极上)Cu膜可获得CuO纳米线,但由于Cu薄膜很容易被完全氧化而失去各向异性生长准一维CuO纳米线的驱动力,导致难以控制纳米线桥连。并且,Cu膜在氧化过程中体积会膨胀1.7倍,会在衬底界面处产生较大应力,导致CuO纳米线膜易脱落。

 

  针对上述问题,中科院合肥物质科学研究院方晓东、孟钢研究员团队同苏州大学李亮教授等团队展开合作,提出Ag牺牲层辅助图形化Cu膜在较低温度退浸润的策略,可在ITO叉指电极玻璃上获得有序Ag-Cu合金微米半球阵列,采用真空蒸发挥发掉合金中Ag后,进行热氧化,可得到有序CuO微米半球纳米线,通过掩膜(周期与孔径)及蒸镀Cu膜的厚度,可精确控制Cu微米半球的间距及尺寸,从而精确引导CuO纳米线的可控桥连。

  Ag辅助的退浸润可大幅收缩Cu与衬底的接触面积,从而有效地释放热氧化过程产生的界面应力,增强纳米线同衬底的粘附及电学接触。此外,桥连纳米线器件呈现的“悬浮”结构不仅避免了载流子在纳米线/衬底界面上的散射,也为待测气体分子的吸附提供了更多的位点,有利于形成环栅效应大幅调制传感通道电信号。因此,原位生长的有序CuO桥连器件比常规无序桥连纳米线器件具有更高的气敏及光电响应。

  本方法同现有微纳加工技术兼容,选用合适的牺牲层,本方法也可引导Fe、V、Co等高熔点金属膜的退浸润,通过热氧化获得桥连Fe2O3、V2O5、Co3O4纳米线(器件)。按比例缩小电极尺寸,本方法也可实现单根氧化物桥连纳米线器件的大规模、高效原位集成,推进氧化物纳米线器件的大规模批量制备及应用。

  论文信息:In Situ Assembly of Ordered Hierarchical CuO Microhemisphere Nanowire Arrays for High-Performance Bifunctional Sensing Applications

  Tiantian Dai, Zanhong Deng, Xiaodong Fang,* Huadong Lu, Yong He, Junqing Chang, Shimao Wang, Nengwei Zhu, Liang Li,* Gang Meng*

  DOI: 10.1002/smtd.202100202

  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202100202

  文章来源:materialsviewschina

  文章链接:https://www.materialsviewschina.com/2021/06/55098/

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