Ⅲ-Ⅴ族磷化物和氮化物的控制合成及光学性质研究

论文摘要

本论探索了Ⅲ-Ⅴ族磷化物和氮化物发光纳米材料形貌控制合成的新方法和新路线,并对同种物质不同形貌的产物进行了详细的光学性质研究。在乙醇胺-水的二元溶剂中利用奥氏熟化和自模板的方法分别合成了InP空心球。利用混合溶剂热和高温结合的实验方法,以棒状GaOOH前躯体与NaNH2为反应原料,在600℃反应制备了GaN锥形棒。利用B2O3和NaNH2为原料,在600℃合成了热稳定性、抗氧化性和发光性能较好的r-BN纳米三角片。本论文的主要内容归纳如下:1.利用自模板的方法制备了InP的空心球。首先在乙醇胺-水的二元溶剂中,用InCl3·4H2O、P4和NaNH2为原料合成了In/InP的核壳球,在还原剂存在的条件下InCl3·4H2O被还原成金属In,随后金属In与黄磷反应生成了In/InP的核壳球。然后用稀盐酸处理In/InP的核壳球可以得到InP的空心球,因此我们推断金属In在形成InP空心球的实验过程中起了自模板的作用。通过调节InCl3·4H2O和P4的添加量,实现了对InP空心球直径大小和壁厚的控制;通过改变混合溶剂的体积比可以得到形貌不同的InP的花状球和InP的实心球。该研究工作发表在Journal of Alloys and Compounds杂志上。在乙醇胺-水的二元溶剂中,用InCl3·4H2O和P4为原料通过奥氏熟化的方法制备了InP的纳米空心球。同时我们将这一混合溶液热合成路线进一步扩展到其它金属磷化物的制备,在同一溶剂体系中可以制备出Cd3P2、Cu3P、Sn4P3磷化物的纳米空心球。这是一条温和的液相合成路线,很可能普及到其他金属磷化物空心球的制备。取得的研究成果发表在Journal of nanoscwnce and nanotechnology杂志上。我们对以上合成的InP产物进行了详细的荧光光谱研究,结果表明本实验合成的InP纳米材料可以发射蓝光,观测结果与以前报道InP的纳米晶发射红光不同。2.用前驱模板的方法合成了GaN的锥形棒。首先利用混合溶剂热的方法制备了一维棒状的GaOOH纳米晶,然后与NaNH2在600℃反应生成了GaN锥形棒。GaN锥形棒的形成分两步:首先正交相的GaOOH在高温下缩水生成正交相的Ga2O3,而且Ga2O3保持了前躯体GaOOH的一维结构。然后Ga2O3与氮源反应生成一维结构的GaN,因此产物的一维形貌得到了很好的保持。本实验制备的GaN样品可以发射蓝紫光,这拓宽了GaN纳米材料的光谱发光范围。该研究工作发表在Journal of Solid State Chemistry上。3.利用B2O3和NaNH2为原料,在600℃高温釜中反应生成了r-BN纳米三角片。本实验合成的r-BN的纳米三角片在800℃才开始被氧化,且无相变,说明本实验中制备的r-BN有较好的热稳定性和抗氧化性,我们认为这些性质很可能拓展了BN纳米材料光电器件在高温领域的应用。该研究工作发表在Journal of Solid State Chemistry上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论（磷化物、氮化物发光纳米材料的研究进展）
• 1.1 引言
• 1.2 半导体材料
• 1.2.1 化合物半导体的应用
• 1.2.2 半导体材料的特性
• 1.3 金属磷化物半导体纳米材料合成进展
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 金属磷化物纳米材料的制备方法
• 1.4 氮化镓半导体纳米材料合成进展
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 GNa纳米材料的制备方法
• 1.5 氮化硼体纳米材料合成进展
• 1.5.1 概述
• 1.5.2 六方氮化硼的结构和性质
• 1.5.3 菱形（三方）氮化硼的结构和性质
• 1.5.4 立方氮化硼的结构和性质
• 1.5.5 氮化硼纳米管的制备方法
• 参考文献
• 第二章 乙醇胺-水的溶剂体系中控制合成金属磷化物的空心球
• 2.1 概述
• 2.2 乙醇胺-水的溶剂体系中自模板法制备InP的空心球
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 实验部分
• 2.2.3 产物的表征
• 2.2.4 结果与讨论
• 2.2.5 本节小结
• 2.3 乙醇胺-水体系中奥氏熟化方法制备InP及其他金属磷化物的空心球
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 实验部分
• 2.3.3 产物的表征
• 2.3.4 结果与讨论
• 2.3.5 其他金属磷化物空心球的普适合成
• 2.3.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 GaN纳米材料的合成
• 3.1 概述
• 3.2 GaN锥形棒的合称及光学性质研究
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.4 本章小结
• 3.3.氨化法合成GaN纳米材料
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 实验过程
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 BN纳米三角片的制备、表征和光学性质的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 实验过程
• 4.2.3 产物的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 产物的物相分析
• 4.3.2 样品的形貌和结构分析
• 4.3.3 BN纳米三角片生长机理的研究
• 4.3.4 BN纳米三角片的光热性质研究
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
• 致谢