AlN纳米线制备技术及物性研究

论文摘要

一维氮化铝（AlN）纳米材料是宽禁带半导体陶瓷材料,尺寸和维度效应使其具有多种特殊的物理性能,深受人们重视。然而,目前关于一维AlN纳米材料的制备方法还存在一些问题,其物理性能方面的研究也鲜有报道。本文叙述了模板法制备AlN纳米线的全过程。首先通过气相沉积法制备了单分散金属纳米颗粒模板;然后以模板上的金属纳米颗粒做为催化剂,利用化学气相沉积法控制合成AlN纳米线。通过扫描电子显微镜（SEM）观察,发现模板上分布的纳米颗粒的粒径随温度、恒温时间及气流速度的增加而增加;在特定实验条件下,制备出分散性好、粒径均匀、分散密度大、覆盖率高的单分散Cu、Al纳米颗粒模板,从而提出了一种有效制备单分散金属纳米颗粒模板方法。利用单分散Al纳米颗粒模板采用化学气相沉积的办法,在温度1200℃,恒温时间240min,N2气600torr条件下,制备出表面平滑,取向规律,直径均匀的AlN纳米线;SEM说明模板法生长的AlN纳米线的尺寸除受到模板上纳米颗粒尺寸影响外,还与温度和恒温时间成递增关系;高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及选区电子衍射（SAED）显示所观察的AlN纳米线属于六方纤锌矿晶体,轴向生长沿AlN的[001]方向,其生长机理属于气-液-固（VLS）机制;X射线衍射（XRD）、紫外-可见光光谱（U-V）、拉曼散射光谱（Raman）的分析说明纳米线的成分是AlN,有少量的Al2O3。U-V光谱显示出AlN纳米线的651nm吸收峰发生宽化,这是由于AlN纳米线的小尺寸效应和量子效应所导致;AlN纳米线与AlN纳米粉的拉曼光谱没有不同之处,未显示出AlN纳米线的特殊光学性质;光致发光光谱（PL）中出现了一个由氧缺陷造成的蓝紫色发光峰,这是AlN纳米线有别于块体材料的光学性质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料特性
• 1.1.2 纳米材料未来发展方向
• 1.2 一维纳米材料
• 1.2.1 一维纳米材料的性能特点
• 1.2.2 一维纳米材料的主要制备方法
• 1.2.3 一维纳米材料的表征方法
• 1.3 AlN材料
• 1.3.1 AlN的物理性质及应用
• 1.3.2 AlN的晶体结构
• 1.4 一维AlN纳米材料研究进展
• 1.4.1 一维AlN纳米材料制备方法研究进展
• 1.4.2 一维AlN纳米材料性能特点
• 1.5 问题提出与本论文的研究目标
• 第二章 实验
• 2.1 制备单分散金属纳米颗粒模板
• 2.1.1 乳液法制备Al纳米颗粒模板
• 2.1.2 气相沉积法制备单分散Cu纳米颗粒模板
• 2.1.3 气相沉积法制备单分散Al纳米颗粒模板
• 2.2 基于模板生长AlN纳米线
• 第三章 测试分析与结果讨论
• 3.1 测试分析设备
• 3.1.1 扫描电子显微镜
• 3.1.2 高分辨电子显微镜
• 3.1.3 X射线衍射仪
• 3.1.4 拉曼光谱
• 3.1.5 紫外-可见光光谱
• 3.1.6 光致发光光谱
• 3.2 单分散金属纳米颗粒模板的测试与分析
• 3.2.1 乳液法制备的Al纳米颗粒模板的SEM表征与分析
• 3.2.2 气相沉积法制备的Cu纳米颗粒模板的表征与分析
• 3.3 AlN纳米线的表征与分析
• 3.3.1 AlN纳米线的SEM表征与分析
• 3.3.2 AlN纳米线的TEM及HRTEM表征与分析
• 3.3.3 AlN纳米线的XRD测试与分析
• 3.4 AlN纳米线的光学性能测试与分析
• 3.4.1 AlN纳米线的拉曼光谱分析
• 3.4.2 AlN纳米线的紫外-可见光谱分析
• 3.4.3 AlN纳米线的光致发光光谱分析
• 第四章 AlN纳米线的生成机理
• 4.1 VLS生长机制
• 4.2 VS生长机制
• 4.3 氧化物辅助生长机制
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢