一维二氧化锗纳米结构的制备与光学特性

论文摘要

本论文采用原位热氧化法、常压化学气相沉积法和水热法，制备了二氧化锗纳米线和纳米锥。研究了它们的形貌、晶体结构、发光和Raman特性，提出了可能的生长机理，发现了紫外光的发光现象，讨论了结构和性能的关系，为氧化锗纳米结构的光电性能及其应用研究奠定基础。（1）以Au作催化剂通过在空气中将金属锗加热到550-800℃，在单质锗表面原位大面积生长出了GeO2纳米线。纳米线的结构为六方相GeO2，长度达长达30μm．通过改变加热温度，纳米线的直径可在110-170nm范围内调节。提出了可能的生长机理以说明GeO2纳米线的形成，在GeO2纳米线的拉曼光谱中观察到了声子限制效应引起的峰的移动。（2）单质锗与氧气反应原位生长的GeO2纳米线及其发光性质以Au作催化剂通过金属锗与纯氧在600-800℃的氧化反应，在单质锗表面原位大面积生长出了GeO2纳米线。GeO2纳米线为六方相单晶结构，其直径在65-340nm范围内，长度长达50μm。研究了反应温度和时间以及金膜的对纳米线直径的影响，提出了可能的生长机理。实现了不同直径GeO2纳米线的可控合成。发现发光峰位于355nm的强紫外光发光和发光峰位于400和485nm的弱蓝光发光，这两种发光可能分别起源于GeO2纳米线中氧空位与间隙氧之间的跃迁和氧空位中的电子与锗-氧空穴中心的空穴复合。（3）以Au作催化剂通过金属锗与水蒸气在600-800℃的氧化反应，在单质锗表面原位大面积生长出了GeO2纳米线。GeO2纳米线为六方相单晶结构。长度达长达30μm。通过改变加热温度和时间以及喷金时间，纳米线的直径可在110-160 nm范围内调节。纳米线的生长遵循气-液-固生长机理，发现发光峰位于355nm的强紫外光发光和发光峰位于485nm的弱蓝光发光，这两种发光可能分别起源于GeO2纳米线中氧空位与间隙氧之间的跃迁和氧空位中的电子与锗-氧空穴中心的空穴复合。（4）通过常压化学气相沉积法，在单质硅表面大面积生长出了GeO2纳米锥。采用扫描电镜、激光拉曼光谱和透射电子显微镜对产物进行了表征分析。结果表明，GeO2纳米锥为六方相多晶结构，中部直径在270-500nm，长度可达13μm。研究了反应温度和时间对纳米锥直径的影响，提出了可能的生长机理。（5）通过Ge（OH）2在420和450℃的水热反应制备出了GeO2纳米线，采用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电子显微镜对纳米线进行了表征分析。结果表明，在420℃的制备出了立方相结构的GeO2纳米线，纳米线的直径在100-190nm范围，长度达3.5μm。在450℃的制备出的纳米线是GeO2六方相-立方相异质结构，纳米线的直径为30 nm左右，长度1.5μm。提出了可能的水热反应机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 二氧化锗纳米材料的研究进展
• 1.1 引言
• 2纳米结构材料的研究进展'>1.2 GeO₂纳米结构材料的研究进展
• 2纳米结构的制备'>1.2.1 GeO₂纳米结构的制备
• 2纳米结构的性质研究'>1.2.2 GeO₂纳米结构的性质研究
• 1.3 本课题的提出及其意义
• 1.4 本论文的研究路线的设计及其研究内容
• 1.4.1 本论文的研究路线
• 1.4.2 本论文的研究内容
• 第二章 二氧化锗纳米线的制备与拉曼光谱
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2纳米线的制备'>2.2.1 GeO₂纳米线的制备
• 2.2.2 产物的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应温度对产物的影响
• 2.3.2 拉曼光谱
• 2.3.3 反应机理
• 2.4 结论
• 2纳米线及其发光性质'>第三章 单质锗与氧气反应原位生长的GeO₂纳米线及其发光性质
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 2纳米线的制备'>3.2.1 GeO₂纳米线的制备
• 3.2.2 产物的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 反应温度和时间对产物的影响
• 3.3.2 XRD分析
• 3.3.3 TEM分析
• 3.3.4 反应机理
• 3.3.5 光致发光
• 3.4 结论
• 2纳米线及其紫外发光'>第四章 单质锗与水蒸气反应原位生长的GeO₂纳米线及其紫外发光
• 4.1 引言
• 4.2.实验部分
• 2纳米线的制备'>4.2.1 GeO₂纳米线的制备
• 4.2.2 产物的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 反应温度和时间以及喷金时间对产物形貌的影响
• 4.3.2 Raman、XRD分析
• 4.3.3 TEM分析
• 4.3.4 反应机理
• 4.3.5 光致发光
• 4.4 结论
• 2纳米锥的制备与控制'>第五章 GeO₂纳米锥的制备与控制
• 5.1 引言
• 5.2.实验部分
• 2纳米锥的制备'>5.2.1 GeO₂纳米锥的制备
• 5.2.2 结构表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 反应温度对产物的影响
• 5.3.2 锗源与硅衬底之间距离对产物的影响
• 5.3.3 拉曼光谱分析
• 5.3.4 TEM分析
• 5.3.5 反应机理
• 5.4 结论
• 第六章 二氧化锗纳米线的水热制备与表征
• 6.1 引言
• 6.2.实验部分
• 2纳米线的制备'>6.2.1 GeO₂纳米线的制备
• 6.2.2 产物的表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 42O℃制备样品的表征
• 6.3.2 450℃制备样品的表征
• 6.3.3 生长机理
• 6.4 结论
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的研究成果