不同形貌β-Ga2O3纳米结构的原位生长及其发光性能

论文摘要

本论文以金属镓为原料，采用原位生长法，制备出了β-Ga2O3纳米线、锥状纳米线、规则六边形纳米片、纳米带和纳米链，其中规则六边形纳米片是我们首次合成的。研究了它们的形貌、晶体结构和发光特性，提出了不同形貌β-Ga2O3纳米结构的生长机理。为不同形貌β-Ga2O3纳米结构的物理与化学性能及其应用的研究奠定了一定的基础。（1）利用N2气氛中，残留的少量O2氧化金属镓，在镓颗粒表面大面积生长出β-Ga2O3纳米线。所制备的纳米线为单斜相单晶结构Ga2O3，纳米线直径为50-100 nm，长度约几十微米。研究了β-Ga2O3纳米线的生长过程，提出了可能的生长机理。室温下以325 nm的He-Cr激光做激发源，研究了所得Ga2O3纳米线的光致发光特性，观察到起源于氧空位的电子与镓-氧空位对上的空穴复合产生的发光峰在457 nm的蓝光发光。（2）以空气中的O2氧化金属镓，在镓基质的表面上原位生长出β-Ga2O3锥状纳米线，通过改变反应温度和反应时间实现了不同直径、不同长度Ga2O3纳米线的可控合成。不同温度所制备的Ga2O3纳米线均为单斜相单晶结构，其直径在30-100 nm，长度在0．5-15μm范围可调，提出了β-Ga2O3纳米线可能的生长机理，解释了所观察到的实验现象。研究了不同温度所得Ga2O3纳米线的发光特性，观察到发光峰在432和460 nm的蓝光发光以及713 nm的红光发光。随着制备温度的增加蓝光发光强度越来越小，而红光发光基本不变。蓝光和红光发光分别起源丁β-Ga2O3纳米线中氧空位的电子与镓-氧空位对以及N等杂质的空穴之间的复合。（3）在N2，NH3，HCl和H2O混合气氛中加热金属镓，制备出β-Ga2O3规则六边形纳米片、纳米链和纳米带。通过改变氯化铵的用量、氯化铵与金属镓之间的距离可以实现纳米片、纳米链和纳米带的可控合成。所制备的纳米片、纳米链和纳米带均为单斜相单晶结构的β-Ga2O3，纳米片为规则六边形结构，边长在1．3-2．3μm范围，厚度为120-200 nm；纳米带长约100μm，宽度在400-600 nm范同；纳米链是由纳米线将平均直径约500 nm的颗粒连接起来形成的，其长度可达100μm。研究了氯化铵在β-Ga2O3纳米片生长过程中的作用，提出了不同形貌β-Ga2O3纳米结构可能的生长机理，室温下对所得纳米片、纳米带和纳米链的光致发光特性进行了测试，发现它们都有较强的监光发光。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 2O₃纳米结构的制备研究'>1.2 β-Ga₂O₃纳米结构的制备研究
• 1.2.1 气相传输冷凝法
• 1.2.2 湿化学法
• 2O₃纳米结构的性质研究'>1.3 β-Ga₂O₃纳米结构的性质研究
• 1.4 本课题的提出及其意义
• 1.5 本论文研究路线的设计及其研究内容
• 1.5.1 本论文的研究路线
• 1.5.2 本论文的研究内容
• 2O₃纳米线的原位生长及其生长机理'>第2章 单晶β-Ga₂O₃纳米线的原位生长及其生长机理
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2O₃纳米线的制备'>2.2.2 β-Ga₂O₃纳米线的制备
• 2.2.3 产物的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 SEM和EDS分析
• 2.3.2 Raman分析
• 2.3.3 TEM分析
• 2O₃纳米线的生长机理'>2.3.4 β-Ga₂O₃纳米线的生长机理
• 2O₃纳米线的光致发光性能'>2.3.5 β-Ga₂O₃纳米线的光致发光性能
• 2.4 结论
• 2O₃纳米线的原位生长及其发光性能'>第3章 镓基质表面上锥状β-Ga₂O₃纳米线的原位生长及其发光性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 2O₃纳米线的制备'>3.2.1 锥状β-Ga₂O₃纳米线的制备
• 3.2.2 产物的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 反应温度对产物的影响
• 3.3.2 XRD分析
• 3.3.3 TEM分析
• 2O₃纳米线的生长机理'>3.3.4 β-Ga₂O₃纳米线的生长机理
• 2O₃锥状纳米线的发光性能'>3.3.5 β-Ga₂O₃锥状纳米线的发光性能
• 3.4 结论
• 2O₃纳米片的制备及其发光特性'>第4章 规则六边形β-Ga₂O₃纳米片的制备及其发光特性
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器及主要试剂
• 2O₃纳米片的制备'>4.2.2 规则六边形β-Ga₂O₃纳米片的制备
• 4.2.3 产物的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 SEM和EDS分析
• 4.3.2 XRD和Raman分析
• 4.3.3 TEM分析
• 4.3.4 反应机理讨论
• 2O₃纳米片的发光特性'>4.3.5 β-Ga₂O₃纳米片的发光特性
• 4.4 结论
• 2O₃纳米带和纳米链的可控合成'>第5章 β-Ga₂O₃纳米带和纳米链的可控合成
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验主要仪器及试剂
• 5.2.2 实验过程
• 5.2.3 产物的表征
• 5.3 结果与讨论
• 4Cl与Ga之间距离对产物的影响'>5.3.1 NH₄Cl与Ga之间距离对产物的影响
• 5.3.2 拉曼光谱分析
• 2O₃纳米带和纳米链的生长机理'>5.3.3 β-Ga₂O₃纳米带和纳米链的生长机理
• 2O₃纳米带和纳米链的光致发光特性'>5.3.4 β-Ga₂O₃纳米带和纳米链的光致发光特性
• 5.4 结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果