题目：ZnO泡沫结构的气敏性能以及[001]取向ZnO薄膜的光伏和压电发电性能

采用简单的溶液快速热反应法制备出了超轻大比表面积的ZnO泡沫结构和[001]高度取向的ZnO薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对产物的晶相、形貌和结构进行了表征。在实验中，研究了不同锌盐和溶剂对产物形貌的影响，提出了相关的生长机理。测试了不同比表面积ZnO泡沫的气敏性能，讨论了表面积、结晶性、多孔泡沫结构、晶界等对气敏性能的影响。对[001]高度取向的ZnO薄膜进行光伏、压电性能测试，探讨了取向性对光伏和压电性能的影响，提出了[001]高度取向的ZnO薄膜的光生电子-空穴的分离机理。以上研究为快速制备不同形貌ZnO纳米材料以及其在气体传感器、光伏电池、纳米发电机等领域的应用奠定了基础。具体研究结果如下所述：

(1) 通过简单的溶液快速热反应法，将0.5 mol/L硝酸锌的乙二醇溶液和水溶液作为反应源物质，450 oC下快速热反应，分别在Si片衬底和FTO衬底上得到了超轻大比表面积的ZnO泡沫结构和[001]高度取向膜。研究了不同锌盐和溶剂对产物形貌的影响，提出泡沫结构和取向薄膜结构的生长机理，并将泡沫结构的制备方法进行扩展，成功制备出CuO、Co3O4以及NiO的泡沫结构。实验结果表明，这种溶液快速热反应法具有方法简单、快速、成本低廉，对设备要求低，重复率好等优点，可以拓展制备其它氧化物甚至是非氧化物半导体材料。

(2) 通过溶液快速热反应法，改变反应温度，制备出不同比表面积的ZnO三维泡沫结构。在不同测试温度下，研究了温度对传感性能的影响。在350 oC的测试温度下，研究了所制得的ZnO泡沫传感器对三乙胺和乙醇的气敏特性，发现ZnO泡沫传感器具有较低的检测线，对90 ppb的N(C2H5)3和210 ppb C2H5OH的响应值分别为1.40和1.24。探讨了比表面积、结晶性、多孔泡沫结构、晶界等对气敏性能的影响，实验结果表明这种超轻多孔大比表面积的泡沫结构具有优异的传感性能，在高性能传感器领域具有潜在的应用价值。

(3) 利用溶液快速热反应法，在FTO玻璃衬底上生长[001]取向的ZnO薄膜，通过改变反应温度，能够调控ZnO薄膜的取向性。研究了[001]取向性不同的ZnO薄膜光伏性能，并通过密度泛函理论对ZnO晶体结构进行计算，发现{001}晶面是极性面，提出了极性晶面间的电荷分离模型。

(4) 对具有[001]取向的ZnO薄膜进行压电性能测试，发现其可以产生稳定的直流电压；对不同温度所得ZnO薄膜进行压电性能测试，研究取向性对压电性能的影响。实验结果表明，这种取向薄膜结构具有良好的压电性能，有望用作纳米发电机。