单根一维纳米结构器件的构筑及其性质研究

论文摘要

在本篇论文中,主要研究典型的二种一维纳米结构材料的制备、结构表征、单根一维纳米结构器件的构筑、纳米器件信号的采集和分析并结合理论计算（第一性原理）,得到了一些有意义的结论。具体分为以下两部分:1、以二氧化碲（TeO2）作为碲源,乙二醇（EG）既作为还原剂又作为溶剂,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为表面活性剂条件下用溶剂热的方法制备出了超长、单晶、均匀的碲纳米管;用聚焦离子束沉积（FIB）技术构筑了二电极和四电极结构的单根碲纳米管器件,测试了单根碲纳米管的电学性质（R-T和I-V曲线）,结果表明单根碲纳米管在5-300K温度范围表现为金属特性并且R与T呈二次平方关系,单根碲纳米管光导性质测试结果也证明其金属特性,这是由于在化学制备过程中痕量掺杂导致碲纳米管电子结构的改变。第一性原理理论计算模拟结果支持了这一观点。在室温下,单根碲纳米管的电阻率为9.854μohm.m,并且在5K时的电阻率对室温时的比为0.47。从实验的结果看出,碲纳米管可作为纳米器件的结构单元,例如可作为连接导线也可作为场发射材料。2、用硝酸银与葡萄糖原位水热还原反应制备超长的、均匀的、单分散性好的Ag@C纳米电缆,基于聚焦离子束沉积（FIB）技术构筑了单根Ag@C纳米电缆器件,在物理性质测试系统（PPMs）中采用四电极测试方法测试了单根银纳米线核在5.76-300 K温度范围内的电学性质（R-T和I-V曲线）,结果表明银纳米线核保持完好晶体结构的金属特征,同时也说明超长包敷结构中的银纳米线核是连续导电的。在室温下,计算得到的单根银纳米线核的电导率平均值为5.96×105S/cm,几乎保持了块体银的优良电导性质。单根银纳米线核所能承受的最大电流值为4mA,相对应的电流密度为1.3×107A·cm-2。Ag@C纳米电缆与裸露银纳米线的电学性质和结构相比较有以下两方面优点:（a）Ag@C纳米电缆外层的无定形绝缘碳层保护了银纳米线核的稳定性,防止其被氧化和腐蚀;（b）银纳米线核保持了块体银优良的电学性质。实验结果表明Ag@C纳米电缆在未来纳米器件中充当连接导线具有潜在的优势。进一步,这种核-壳的纳米结构可以延伸到其它金属纳米结构的制备,例如铜、铝等,这些金属很便宜且在日常生活中已经广泛的应用。如果把这些金属也制备成核-壳的纳米结构,那么它们的应用将会进一步的得到加强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 一维纳米结构材料制备的研究进展
• 1.2.1 气相法
• 1.2.1.1 气—液—固法
• 1.2.1.2 气—固法
• 1.2.2 液相法
• 1.2.2.1 溶液—液相—固相法
• 1.2.2.2 基于包敷作用的液相法
• 1.2.2.3 水热/溶剂热化学合成方法
• 1.2.3 模板法
• 1.2.3.1 一维纳米孔道材料模板
• 1.2.3.2 碳纳米管模板法
• 1.2.3.3 外延模板法
• 1.3 纳米材料研究中常用的表征手段
• 1.3.1 X射线衍射仪
• 1.3.2 电子显微镜
• 1.3.3 选区电子衍射
• 1.3.4 X射线光电子能谱
• 1.3.5 光致发光光谱
• 1.4 构筑纳米器件的技术和方法
• 1.4.1 光学光刻技术
• 1.4.2 聚焦离子束刻蚀沉积系统
• 1.4.3 电子束刻蚀系统
• 1.5 纳米器件信号采集技术
• 1.5.1 物理性质测试系统
• 1.5.2 探针测量平台
• 1.5.3 LabView测量系统
• 1.6 纳米器件结构阵列的研究进展
• 1.7 单根一维纳米器件的构筑、性质研究进展
• 1.7.1 单根一维纳米器件的电学传输方面研究
• 1.7.2 单根一维纳米器件的光电方面研究
• 1.7.3 纳米线器件的场发射方面研究
• 1.7.4 单根一维纳米器件的气体传感方面研究
• 1.7.5 单根一维纳米器件的化学和生物传感方面研究
• 1.7.6 纳米线器件压电性质方面研究
• 1.8 第一性原理在纳米材料性质模拟上的应用
• 1.9 本论文的选题背景和研究内容
• 参考文献
• 第2章 单根碲纳米管结构、电学性质和光电性质研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 合成方法
• 2.2.3 样品表征
• 2.2.4 单根碲纳米管器件的构筑及其物理性质的测量
• 2.2.5 第一性原理
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 物相分析
• 2.3.2 碲纳米管的形貌表征
• 2.3.3 单根碲纳米管器件及其电学性质
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第3章 单根银一维纳米结构器件的构筑及其电学性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 合成方法
• 3.2.3 样品表征
• 3.2.4 单根银一维纳米结构器件的构筑及其物理性质的测量
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Ag@C纳米电缆制备方法的讨论及其表征
• 3.3.2 裸露银纳米线制备方法的讨论及其表征
• 3.3.3 单根银一维纳米结构器件的构筑及其电学性质
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 1、致谢
• 2、在读期间完成的学术论文与完成的成果