准一维纳米材料的气相合成、结构表征及物性研究

论文摘要

准一维纳米材料在基础科学研究和潜在的技术应用方面都非常重要,因此一维纳米材料是当前纳米材料科学领域的前沿和热点。准一维纳米材料可以用来建立纳米级的电子线路和光子存储器。探索和发展有效的合成这些准一维纳米材料的方法是准一维纳米材料科学研究的基础。本文在前人的工作基础上,依据准一维纳米材料的气—液—固（VLS）和气—固（VS）生长机制,合成出准一维纳米半导体材料（硫化物,氧化物纳米线和纳米同轴电缆）,观察到了过去宏观体系中未见到的一些新现象,与此同时,还讨论了他们的生长机制,并对这些制备方法进行了规律性的总结。本文的主要研究内容包括以下几方面: 1 利用镀有Au膜的单晶硅片作为生长纳米线的衬底,采用简单热蒸发硫化锌粉末的方法成功的合成了硫化锌纳米线。扫描电镜和透射电镜观测表明这些半导体纳米线是均匀的,但是纳米线的排列是杂乱无章的。并且发现用于收集纳米线的单晶硅片的放置位置对纳米线的形貌有很大的影响:在硫化锌蒸气浓度较高的区域,所制备的硫化锌纳米线的表面比较粗糙:而在浓度较低的区域所收集的纳米线的表面比较的光洁。这种现象表明作为催化剂的Au纳米液滴中的硫化锌的过饱和度高的时候,生长的纳米线的表面粗糙,而饱和度较低的时候生长的纳米线的表面光洁。EDS研究表明,在硫化锌纳米线的端部和线体中都有Au元素的存在,这些Au元素是在纳米线生长完成以后经过扩散由端部进入纳米线的。PL研究发现,制备的硫化锌纳米线有两个明显的发光峰,分别位于446nm和520nm,前者来源于表面的缺陷,而后者来源于Au原子的掺杂。 2 探索并发展了一种简单而又高效的合成同轴纳米电缆的方法:以纳米线为先驱体,分两步合成出硫化镁—硫化锌同轴纳米电缆。扫描电镜分析表明所制备的硫化镁—硫化锌同轴纳米电缆与先驱体硫化锌纳米线在形貌上没有太大的差别。高分辨透射电镜观测显示所制备的产物是同轴纳米电缆的芯—壳结构。芯部由单晶的硫化锌纳米线构成,而在壳层是由多晶的硫化镁构成。我们认为该方法是可以用来合成其他氧化物或硫化物的同轴纳米电缆。 3 采用直接蒸发氧化锌粉末和单质锌的方法分别制备了氧化锌纳米线和四角针状氧化锌纳米结构,并比较了他们的拉曼特性。研究发现四角针状氧化锌纳米结构的生长机制不同于一般的VLS或VS过程,从晶体的生成角度认为其形成机制是:在高温下,氧化膜包覆的锌粉内部有很高的蒸气压,ZnO先形成立方晶格的内核,再形成六方晶格的八面体核,再生长过程中,八面体的（11-20）面逐渐被生长较快的（10-10）面所取代,从而在四个不相邻的面上生长出针状体来,最后形成完整的四角针状氧化锌纳米结构[16-17]。氧化锌纳米线的生长机制

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料概述
• 1.2 纳米材料的基本性质
• 1.2.1 量子尺寸效应
• 1.2.2 小尺寸效应
• 1.2.3 表面效应
• 1.2.4 宏观量子隧道效应
• 1.3 纳米材料研究的历史、进展以及发展趋势
• 1.4 准一维纳米材料的分类和制备方法
• 1.4.1 准一维纳米材料的分类
• 1.4.2 一维纳米线的制备方法
• 1.4.2.1 气相法
• 1.4.2.2 液相法
• 1.4.2.3 模板法
• 1.5 一维纳米材料的生长机制
• 1.5.1 VLS生长机制
• 1.5.2 气-固（VS）生长机制
• 1.5.3 氧化物辅助生长机制
• 1.5.4 自催化生长机制
• 1.6 本论文的选题背景和研究内容
• 第二章 金催化法合成硫化锌纳米线及其发光性质的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试样制备
• 2.2.2 样品测试
• 2.3.结果与讨论
• 2.3.1 XRD分析
• 2.3.2 FE-SEM分析
• 2.3.3 TEM分析
• 2.3.4 EDS分析
• 2.3.5 PL分析
• 2.4 结论
• 第三章 硫化镁-硫化锌同轴纳米电缆的制备及结构表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 试样的制备
• 3.2.2 样品的测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 场发射扫描电镜（FE-SEM）分析
• 3.3.3 透射电镜（TEM）分析
• 3.4 结论
• 第四章 氧化锌纳米线的合成和拉曼特性
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 样品的制备
• 4.2.1.1 四角针状纳米氧化锌的制备
• 4.2.1.2 氧化锌纳米线的制备
• 4.3.氧化锌纳米线和四角针状氧化锌纳米结构的形貌分析
• 4.3.1 氧化锌纳米线的形貌分析
• 4.3.2 氧化锌四角纳米结构的形貌分析
• 4.4 氧化锌纳米线和四角针状氧化锌纳米结构的微结构分析
• 4.4.1 氧化锌纳米线的微结构分析
• 4.4.2 四角针状氧化锌结构微结构分析
• 4.5 氧化锌纳米线和针状氧化锌纳米结构的室温拉曼谱
• 4.5.1 氧化锌纳米线的室温拉曼谱
• 4.5.2 四角氧化锌纳米结构的室温拉曼谱
• 4.6 结论
• 第五章 氧化硅纳米线的制备及其发光特性的研究
• 5.1 前言
• 5.2 样品的制备
• 5.3 样品的测试
• 5.4.结果与讨论
• 5.4.1 FE-SEM形貌分析
• 5.4.2 TEM分析
• 5.4.3 EDS分析
• 5.4.4 纳米线生长机制讨论
• 5.4.5 光致发光性质讨论
• 5.5 结论
• 前景展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文