一维硫化镉纳米线阵列的制备及其特性

论文摘要

纳米材料是指晶粒尺寸为纳米量级（10-9m）的超细材料。纳米材料具有一系列新奇的物理以及化学特性,是目前材料科学界的一个研究热点,具有广阔的应用前景。但是,通过实验获得大量的、可控尺寸的、较低成本的纳米材料仍然是一个具有挑战性的课题,也是纳米材料得到广泛应用的前提。因此,对于纳米材料的生长、制备及其特性的研究具有重要意义。硫化镉（CdS）纳米半导体材料是ⅡB-ⅥA族化合物,其禁带宽度为2.42 eV,不仅具有压电特性,而且具有较好的发光以及光电转化性能,近年来备受材料科学界的关注。本论文利用简单易行的水热合成法,采用氨基硫脲作为硫源,金属镉片作为镉源,在装有乙二胺溶液的密闭反应釜里成功地制备出一维硫化镉（CdS）纳米线阵列。该方法重复性好,生长温度低,可直接在Cd片上制备大面积一维取向CdS纳米线阵列。同时,对反应时间、碱液的浓度对产物形貌的影响进行了研究。研究结果发现,通过调节反应溶液浓度和反应时间,可获得不同长径比和生长密度的样品。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和光致发光（PL）等测试技术对所制备的样品进行了表征。结果表明,在该条件下制备的硫化镉（CdS）样品具有非常纯净的α-型六角晶格结构,硫化镉（CdS）纳米线直径约为200nm,长度约为几十微米。在室温条件下,采用氦镉（He-Cd）激光器（325nm）对样品进行光致发光（PL）测试,结果显示,在512nm左右有一发光强度很强的本征发光峰。同时,通过实验我们还发现,模板剂乙二胺的浓度对硫化镉样品的光致发光特性有一定的影响。本论文还将在该制备方案下合成的不同长径比和生长密度的CdS纳米阵列样品分别组装成各种压电式纳米发电机模型,对这些纳米发电机的电流输出特性进行了测试和比较。采用超声波对用一维硫化镉（CdS）纳米阵列制备成的压电式纳米发电机进行驱动,并对其发电机理进行了分析。分析发现,在外界超声波的驱动条件下,纳米线长度和生长密度的增加都有助于提高压电式纳米发电机的电流输出强度。同时,本论文应用一维硫化镉（CdS）纳米线阵列成功地制备出能够将电磁能转化为电能的新型纳米发电机,并对采用在不同条件下制备的硫化镉样品制作的纳米发电机的电流输出特性进行了比较研究,分析了电磁辐射信号与纳米发电机之间的距离、角度对发电机电流输出特性的影响。此外,并对其发电机理进行了理论分析。硫化镉纳米半导体材料以其优异的光学、电学性能,在信号检测、传感器、MEMS等光电子器件领域具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 纳米和纳米技术
• 1.2 纳米材料的研究现状
• 1.3 纳米材料的应用
• 1.3.1 纳米材料在信息产业方面的应用
• 1.3.2 纳米材料在传感器方面的应用
• 1.3.3 纳米材料在生物和医学方面的应用
• 1.3.4 纳米材料在电池领域方面的应用
• 1.3.5 纳米材料在化学化工以及能源环保领域的应用
• 1.4 纳米硫化镉的基本性质
• 1.4.1 硫化镉的晶格结构
• 1.4.2 硫化镉的压电特性
• 1.4.3 硫化镉的其它性质
• 1.5 硫化镉纳米材料的研究现状
• 1.6 硫化镉纳米发电机的研究现状
• 1.6.1 纳米发电机及其研究进展
• 1.6.2 纳米发电机的工作原理
• 1.6.3 纳米发电机的研究意义
• 1.6.4 纳米发电机研究中存在的不足
• 1.7 常用测试技术
• 1.7.1 X 射线衍射（XRD）
• 1.7.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 1.7.3 光致发光（PL）
• 1.8 选题意义及本实验的研究内容
• 2 一维硫化镉纳米线阵列的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验设备和试剂
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.3 样品表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.3.3 光致发光（PL）谱分析
• 2.4 小结
• 3. 硫化镉纳米线的压电特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要实验仪器设备
• 3.2.2 硫化镉压电式纳米发电机的制备
• 3.2.3 测试与分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 4. 电磁波驱动的硫化镉纳米发电机
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要实验仪器设备
• 4.2.2 电磁波驱动的硫化镉纳米发电机的制备
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 新型硫化镉纳米发电机的电流输出特性
• 4.3.2 新型硫化镉纳米发电机的发电机理
• 4.3.3 信号源距离对新型硫化镉纳米发电机电流输出特性的影响
• 4.3.4 信号源方向对新型硫化镉纳米发电机电流输出特性的影响
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表学术论文情况
• 致谢