福大新型量子点复合材料研究成果

2020-12-27 11:28:54

近日，福州大学至诚学院孙磊教授为第一作者、物信学院陈恩果副教授为通讯作者、郭太良研究员为第三作者，在材料工程领域国际权威期刊《陶瓷国际》（英文刊名：《Ceramics International》）上发表的题为“Al2O3过渡层优化对ZnO量子点与CuO纳米线复合结构的场发射增强作用”（英文题为“Field emission enhancement of composite structure of ZnO quantum dots and CuO nanowires by Al2O3 transition layer optimization”）的论文，被全球工程领域著名科技媒体机构“工程进展”遴选为关键科学文章，并于12月17日进行了专题报道。

ZnO量子点（ZnO QDs）具有尺寸小、发射点密集的场发射优势，但其电荷传输性能不足，而纳米棒、纳米线和纳米管等一维纳米结构具有较高的长径比和良好导电性能，已广泛用于场发射研究。具有异质结构核-壳结构的纳米线可以增强场发射性能，其通过微处理纳米线表面上的电势梯度，使得电子依据能带排列结构设计隧穿到真空。利用具有不同功能的组分形成具有良好的能带排列的异质结构，不仅能导致两种材料的性能的功能整合，而且还导致新的界面效应和现象。据目前所了解，基于量子点与传统一维或二维纳米材料复合结构的场发射应用少有报道。

本论文研究ZnO QDs 与传统一维氧化物CuO纳米线（CuO NWs）异质结构，以一维氧化物纳米棒为基体为 ZnO QDs 提供良好的定向电荷传输，同时 ZnO QDs 的表面改性又能改善基体的场发射性能，提出了详细的电势叠加效应和形成机制。鉴于 ZnO QDs 在 CuO NWs 表面呈现孤岛状分布且生长密度低，通过表面改性工程利用原子层沉积(ALD)工艺先在 CuO NWs 基体上沉积 Al2O3 薄膜，均匀的 Al2O3 薄膜为 ZnO QDs 的生长提供了良好的成核表面，同时可以降低基体表面的电子势垒高度。这种金属氧化物异质结构在很多应用中都具有重要的意义，特别是由于表面积大大增加，异质结密度提高，具有固有光捕获效应等优点。研究成果为改善单一纳米材料器件的场发射性能提供了有效途径，也为制备新型结构的场发射器件奠定理论基础。

据悉，Advances in Engineering（AIE）于2005年在加拿大成立，其主要目的是及时快速地报道工程领域的重要科学研究成果和创新技术，被AIE报道的论文需要具有特殊的科学重要性并能够被广大的科学读者所理解。AIE每周会在全球范围内由国际专家顾问组选出不到20篇的优秀论文进行特别报道，方向包括通用工程、化学工程、电子、机械、土木以及纳米、材料、生物医学工程，遴选论文条件苛刻，中选率为以上领域发表论文总数的1‰。AIE拥有广泛的读者群，每月的受众科研人员高达85万次，用于跟踪全球最新突破性科技进展。