中文摘要：

由于TiO2纳米结构对太阳光（尤其是紫外光）的敏感吸收，采用电化学方法制备TiO2纳米管阵列太阳能电池已引起国内外的广泛关注。如何非破坏性地获得分散的单根TiO2纳米管，并将其应用于微纳光电子领域（比如制备高性能紫外探测器），是一个具有相当应用前景和挑战性的课题。我们采用有效的化学方法超声处理，获得了单分散的TiO2纳米管，并对其微结构进行了详尽的表征。采用微加工技术（电子束曝光、离子束沉积）在单根TiO2纳米管上制备两电极结构（Ti/TiO2/Au背靠背肖特基二极管结构），研究其电输运性质和光电池特性。在紫外光源的照射下，TiO2纳米管表现出良好的光控开关特性（电阻随光照强弱变化明显）。我们将解决以下关键问题（1）得到单根TiO2纳米管能够表现出稳定可靠紫外光控开关性质的光能量阈值；（2）研究单根TiO2纳米管紫外光敏特性对温度的依赖关系。

结论摘要：

金属氧化物纳米结构在太阳能电池、光催化、气体传感等领域有重要的应用前景。本课题选择单根二氧化钛纳米管作为研究对象，强调获得单分散纳米管的技术优势，利用微电极制备技术测试其紫外光电响应特性。采用电化学方法在钛基底上制备出形貌高度一致的TiO2纳米管阵列，完成SEM、TEM、Raman、光吸收特性、荧光发射特性等基本表征。测试纳米管薄膜的交流湿度传感特性，建立了纳米管薄膜电阻、电容随外界湿度和激励信号频率变化的微观模型，指出TiO2纳米管薄膜适用于制备高灵敏度湿度传感器。我们认为在高湿度环境下，TiO2表面吸附的H2O分子会发生电离反应；而且TiO2表面吸附的水分子还可以使得原来吸附的氧分子解吸附，从而释放出一定数量的自由电子。正是由于更多自由电子、质子的出现，使得TiO2纳米管薄膜的电导率增减；而更多偶极子参与极化过程使得TiO2介质的宏观介电常数增大。随着激励信号频率的增加，电子输运基本不变，但是离子输运能力变强，可导致TiO2纳米管薄膜电导变大。我们研究了单根纳米管在变温（5-300K）条件下的电输运性质，指出无序体系莫特二维跳跃输运模型（Mott 2D hopping transport model）对于解释其电输运性质是合适的。将单分散的二氧化钛纳米管在室温下于去离子水中浸泡72小时之后，其表面形貌发生明显变化原来光滑的非晶管状外壁变成海绵状的结构，甚至可能变成絮状结构；非晶结构逐渐变成结晶态TiO2纳米颗粒。通过对比单根纳米管与纳米管薄膜在紫外光照下的光电导响应，发现单根纳米管具有响应速度快、响应倍数小的特点。实验结果表明水处理后单根二氧化钛纳米管的UV响应时间从0.39s上升到7.5s，光电增益G从1.6倍上升到21.7倍。在表面吸附水分子作用下，纳米管表面形成深度氧化的纳米颗粒，降低了了光生电子-空穴对的复合速率。我们还研究了ZnO纳米薄膜的电化学制备及光电特性研究，讨论了在“背靠背”肖特基二极管结构中电压的分配规律，指出ZnO纳米薄膜在高灵敏度在紫外探测器方面的潜在价值。我们严格按照经费预算，合理利用资源，完成了常压CVD系统的真空改造，购置了用于测试光电响应特性的先进仪表。项目组成员共完成了5篇SCI论文，培养硕士研究生6人（已经顺利毕业4人），协助培养博士生2人。总之，在研究内容、研究成果、人才培养及实验室建设诸方面，均完成预期目标。