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在最近的几十年里,低维纳米结构材料的制备、表征和应用已经引起人们极大关注,而硅基纳米结构材料更是因为具有与传统集成电路工艺的兼容性以及相比体硅材料所显现出奇异的物理和化学特性,成为制备微纳电子器件最理想的材料之一,是当前纳米技术领域的研究热点问题。本文以未来“可集成微电源的多维一体化微纳传感器片上系统”为假定目标,开展了如下几个方面的研究工作：第一,开展有关金属诱导化学湿法硅纳米线(Silicon Nano Wires, SiNWs)阵列制备和SiNWs表面无电镀镍(nickel, Ni)修饰机理的理论与实验研究,并对制备的SiNWs和Ni/SiNWs样品进行扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、X射线能谱(Energydispersive spectroscopy, EDS)、RCL数字电桥(Resistance R, Capacitance C, Inductance L, RCL Didital Bridge)和拉曼光谱(Raman spectroscopy)表征,其结果对未来低成本、图形化SiNWs制备和表面修饰工艺的改进有一定指导意义,也为硅基SiNWs的实践应用作了必要准备。第二,开展Ni/SiNWs纳米复合结构材料电容型湿度传感器应用研究：在基于LabView虚拟仪器构建的金属盐饱和溶液标准湿度检测系统上,对所制备的湿度传感器样机性能进行测试,结果表明该样机在11.3%—97.3%相对湿度环境中最快响应和恢复时间分别是39 s和24 s,湿敏电容灵敏度高达～0.207 nF／1%RH,线性相关系数R=0.94,长时稳定性好。第三,开展基于Pd-Ni／SiNWs阵列催化电极的电化学乙醇传感器应用研究：通过在SiNWs表面进行无电镀Pd-Ni金属薄膜的修饰改性,Pd-Ni／SiNWs阵列显现出对乙醇的高度敏感性。把Pd-Ni／SiNWs阵列组装成电流型电化学乙醇传感器样机后,在1 M KOH溶液中,该样机对乙醇浓度的敏感性于循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试技术下显示出7.48 mA mM-1 cm-2的灵敏度、线性检测范围0-20.4 mM、线性相关系数R=0.98、检测限可达6μM(3倍信噪比)；于-0.25 V(Ag／AgCl参比电极)恒电位计时电流测试技术下的灵敏度达到0.76mA mM-1 cm-2,线性检测范围0-20.4 mM、线性相关系数R=0.97、检测限可达10μM(3倍信噪比)第四,开展基于NiO／SiNWs阵列电极电化学电容器应用研究：通过在不同温度下对所制备的Ni／SiNWs阵列于氧气氛下采用直接快速热退火氧化工艺制备NiO／SiNWs阵列电极,其中400℃环境下制备的NiO／SiNWs阵列电极于2 MKOH溶液中显现出良好电化学电容特性,其质量比电容可达681 F g-1,能量密度可达85 kJ kg-1,72 h循环充放电后电容量损失不超过3%,有较好的循环使用寿命。第五,开展Ni／SiNWs阵列热电功率器件应用研究：首先选用重掺杂Sb的<100>晶向n型硅晶片制备SiNWs阵列,然后通过无电镀Ni薄层制备Ni／SiNWs阵列热电功率器件样机。测试结果显示该样机同时具有热光电和热电转换能力,300 K下,该Ni／SiNWs-Sb阵列Seebeck系数实测值为-273μV K-1,200 K温差下其热电输出功率密度可达7 mW cm-2,理论估算的ZT值介于0.08和0.2之间；同时,该阵列在130 mm透镜积聚太阳光下的热光电输出功率可达18 mW。总之,该课题的研究方法及成果对发展低成本、可集成微电源的一体化微纳片上传感器系统具有重要意义,具有一定科研价值,其成果的进一步发展必将产生巨大的社会和经济效益。