论文摘要
In2O3是一种直接宽带隙半导体材料。其对应的一维纳米材料如纳米线、纳米带等,因具有奇特的性质和潜在的巨大应用前景而引起了人们极大的关注。本文在不使用催化剂的情况下,通过简单的碳热还原三氧化二铟粉末的热蒸发法,制得了大量纯净的In2O3纳米线和纳米颗粒,研究了不同温度和流量对合成In2O3纳米材料的形貌影响,对所得样品进行了分析和表征,同时对材料的生长机制和发光机理作了初步的探讨。本论文主要研究了温度和载气流量对材料形貌的影响。通过在一定流量和不同的温度（8500C～10500C）以及一定的温度和不同的流量下,利用碳热辅助还原的热蒸发法一步合成了较纯净的In2O3纳米材料。实验结果表明,随着实验温度的升高或载气流量的增加,In2O3纳米材料的形貌由颗粒状（如八面体、截角八面体、方块状等）、混合状（如棒状、片状以及线状等复杂的混合结构）逐步转化过渡为形貌单一的线状结构。分析表明纳米In2O3的生长机制为VS机制。由于在材料生长过程中,生长温度和材料生长基元的过饱和度对成核及生长过程有很大影响,因为沉积原子在晶体表面的迁移速率和迁移距离都将随着衬底温度和生长物的过饱和度的改变而改变。对于生长温度的不同,将导致In2O3纳米材料在生长过程中沿（100）和（111）晶面的生长速率比值不同,以致在不同温度下得到了不同形貌的纳米颗粒。对于载气流量的影响,在固定的温度下随着载气流量的增大,材料生长基元的过饱和度将相对减小,纳米线侧面法向生长速率将减小,纳米材料将向着形貌单一、尺寸较小较均匀的纳米线过渡。对实验合成的纳米线等产物进行了表征,高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和选区电子衍射（SAED）结果表明产物为体心立方结构的晶体,测得其（400）晶面间距为0.253 nm,与XRD的分析结果吻合,晶体沿〈100〉方向生长。光致发光谱（PL）的分析表明,In2O3纳米线在室温下存在近紫外发射和蓝绿发光现象,而颗粒状的In2O3纳米材料只存在近紫外发射,几乎没有蓝绿发光现象,分析表明In2O3纳米线中的蓝绿发光现象是由氧空位所导致。基于目前关于In2O3纳米线蓝绿发光的各种解释,我们通过对所得样品进行氧化处理后和对氧化后的样品再经还原处理后,分别测试其光致发光特性的实验,探讨了In2O3纳米线的蓝绿发光特性和氧空位之间的联系。实验结果有力地支持了In2O3纳米线的蓝绿发光主要是由氧空位所引起这一观点。论文工作对In2O3纳米材料的可控制备进行了有益的探索,研究了温度和载气流量对合成材料形貌的影响,得到了有意义的结果。在光致发光方面,通过实验的方法,证实了In2O3纳米线的蓝绿发光现象与氧空位有关,有力的支持了In2O3纳米材料的蓝绿发光特性主要是与氧空位有关这一理论。