静电纺丝制备氧化物半导体纳米纤维及其性能的研究综述报告.docx

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摘要
静电纺丝技术是一种制备纳米级纤维的重要方法，在半导体材料领域中也有广泛的应用。本文综述了静电纺丝技术制备氧化物半导体纳米纤维及其性能的研究进展。首先介绍了静电纺丝技术的原理和特点，然后重点介绍了利用该技术制备氧化物半导体纳米纤维的方法。最后总结了氧化物半导体纳米纤维在光电功能、传感器和催化剂等方面的应用，并展望了其未来研究发展方向。
关键词：静电纺丝，氧化物半导体，纳米纤维，光电功能，传感器，催化剂
1 引言
近年来，纳米科学技术在众多领域中得到广泛应用。纳米结构的材料具有较高的比表面积和较好的物理、化学性能，被广泛运用于各种领域的先进材料与器件中。在半导体材料领域中，氧化物半导体纳米材料由于其优异的物性密切相关应用于传感器、催化剂、光电器件等领域 [1]。然而，氧化物半导体纳米材料的制备方法和表征手段亟待完善。
静电纺丝技术是一种制备纳米级纤维的重要方法，其优势在于制备成本低、制备过程简单、易于大面积制备等诸多优点[2-4]。同时，该技术成品纳米纤维具有制备成本低、结构分布均匀、比表面积大等优势[5]。针对该技术在氧化物半导体材料领域中的应用愈发迫切，本文即对近几年关于氧化物半导体纳米纤维的制备方法、性能与应用进行研究综述，并对其未来的应用发展前景做出展望。
2 静电纺丝技术的原理和特点
静电纺丝技术是利用静电作用和表面张力使液体分散成纳米级的微细纤维。该技术的基本原理是将聚合物或无机化合物等物质加入溶剂中，经过高电场下分散后，在一定的距离上收集纳米级的微细纤维成为非织造材料。相对于其他纳米纤维技术，静电纺丝技术的优势在于纤维的尺寸可调、制备成本低、制备时间短、适用性强等方面，因此其在纺织业、电子器件、药物传递及组织工程等领域有着广泛的应用[6-8]。
3 氧化物半导体纳米纤维的制备方法
液相静电纺丝
液相静电纺丝是利用静电力作用纳米级纤维进行制备的一种方法。主要原理是将溶于溶剂中的半导体材料加入高压电场中，制备氧化物半导体纳米纤维[9-12]。该方法可用于制备纳米级TiO2、ZnO、SnO2和Fe2O3纳米材料等。在液相静电纺丝中，纯净的溶剂是制备高质量的氧化物半导体纳米纤维的重要因素之一。较常采用的纯净溶剂包括乙腈、二甲基亚砜和乙醇等。溶液中添加的化合物的质量浓度会影响纳米纤维的形态和尺寸，过量的加入会使溶液黏度增加进而影响静电纺丝[13]。此外，高压电场的参数也将影响到制备纳米级TiO2、SnO2等材料的形貌和尺寸。这些参数包括电压、距离和流率等。
气相静电纺丝
气相静电纺丝是利用静电场塑性化纤维进行制备的一种方法。主要原理是利用快速挥发的有机溶剂或单体、无机前体单体在高温下蒸发，从而制备纳米级材料，并进行纤维化[14-17]。该方法适用于制备氧化物半导体材料中，如SnO2、ZnO、TiO2等纳米材料。在气相静电纺丝中，高温的反应温度、压力以及高电场的强度、方向均会对产品的形态、维数、产量和制备时间等方面产生重要影响。因此，这些参数的优化对其制备过程和纳米结构品质也有着至关重要的影响。
4 氧化物半导体纳米纤维的性能分析
氧化物半导体纳米材料具有优异的物理-化学物性和应用前景，可能广泛应用于许多领域，如传感器、催化剂和光电器件。氧化物半导体纳米材料的性能分析与提高已成为科学家努力的方向。
光电功能
纳米结构可以提高光吸收率、表面活性与催化效率、电子传输速度和光响应等，因此已经广泛地被应用于光电器件相关方面。静电纺丝制备氧化物半导体纳米纤维可以增加其光响应性能、改变带隙能量、增加光催化性能并提高晶格的稳定性等[18-20]，所以其在光电功能方面具有广泛应用前景。
传感器
氧化物半导体纳米纤维具有局部独特的物理化学特性，这使得其在气体和生物传感器中广泛运用。静电纺丝制备的氧化物半导体纳米纤维具有纳米级重长的直径和高比表面积，并有利于气体与生物的吸附，使其在传感器方面具有很好的应用潜力[21]。
催化剂
氧化物半导体纳米纤维在催化方面有着重要的应用。一些研究表明，制备的氧化物半导体纳米纤维在催化剂方面较同类宏结构材料更具优势，由于其纤细细长的直径与高比表面积，因此它具有更高的催化活性、晶面效益和选择性[22-25]。
5 未来的研究方向
目前静电纺丝技术制备氧化物半导体纳米纤维已经取得了一定的进展，但是尚存在着一些问题。目前的研究主要集中于纤维的形态、尺寸和成分的控制。未来的研究目标在于探索其性质研究。并且制备出更为理想的结构、性能相对优异的氧化物半导体纳米材料。同时，中心还将着眼于静电纺丝技术在合成中的应用和制备研究。这将有助于为更广泛和实用的应用领域开发基于纳米纤维的功能材料奠定基础。
结论
在半导体材料领域，静电纺丝技术制备氧化物半导体纳米纤维已得到深入的研究，并得到广泛的应用。液相和气相静电纺丝是静电纺丝的两种主要方式，制备氧化物半导体纳米纤维的方法也日趋成熟，其能在光电功能、传感器、催化剂等方面得到广泛应用。虽然静电纺丝技术目前存在着一些问题，但随着新材料合成和纤维控制技术的进一步开发，静电纺丝技术在氧化物半导体领域的应用将会获得更好的发展。为此，需要进行进一步的探索，以期获得更为广泛和实用的应用。