一些低维纳米材料的控制合成与性质

论文摘要

近年来，由于在场发射平板显示器及其它真空微电子器件中的重要应用，场发射阴极材料已成为微电子材料研究中的一个热点。本文首先通过简便的无机气—固相元素反应，在铜基底上，成功制备了CuS纳米墙二维阵列及纳米树枝晶，并通过控制升温速度、载气气流速度以及反应温度等反应条件调节CuS的形貌和尺寸。首次研究了纳米墙阵列及树枝晶状的场发射性质，发现CuS纳米墙阵列是一种优良的场发射阴极材料，研究结果表明垂直基底的纳米墙阵列的场发射性能要优于杂乱的非阵列的多极树枝晶。其次，利用简便、无毒的常温固相元素反应在铜基底上制备出硫化铜纳米墙，SEM分析表明大部分硫化铜纳米墙都垂直于基底，其厚度约为80nm。XRD物相分析表明该纳米墙主要由CuS组成。场发射研究表明，该硫化铜纳米墙具有优异的场发射性质，其开启电压7.5 Vμm-1，最大电流密度达到了2 mA／cm2，好于大多数无机半导体材料，可望研制成实用的场发射体。最后，利用含氰基的富勒烯衍生物诱导了金纳米粒子自组装，研究了其在金属铜表面的自组装行为。具体结果有：利用氰基与金属（金、铜）的强配位作用以及C60分子之间具有很强的π-π堆积作用，我们设计合成了化合物C60（CN）2，并利用C60（CN）2诱导金纳米粒子自组装，得到了均匀的C60（CN）2包覆的金纳米粒子球状聚集体，直径约为100 nm。同时发现C60（CN）2分子能够在金属铜表面自组装形成大面积的C60（CN）2纳米线，直径约为50 nm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 纳米结构的概念
• 1.2 纳米结构体系的特性与意义
• 1.3 功能纳米结构基元的化学控制合成
• 1.4 纳米半导体的物理和化学特性及潜在应用前景
• 1.4.1 纳米半导体的物理和化学特性
• 1.4.2 纳米半导体的潜在应用前景
• 1.5 硫属纳米半导体的应用及性质
• 1.6 硫化物纳米半导体的制备
• 1.6.1 水热法（hydrothermal method）
• 1.6.2 声化学法 （sonochemistry method）
• 1.6.3 沉淀反应（precipitation reactions ）
• 1.6.4 气相沉积法（CVD）
• 1.6.5 其它方法
• 1.7 场发射材料
• 1.7.1 研究意义与现状
• 1.7.2 半导体及纳米结构场发射
• 1.7.3 场发射理论模型
• 1.8 分子自组装法制备纳米结构
• 1.9 本课题的意义
• 第2章 气─固相反应法控制合成 CuS 纳米结构及其场发射性质
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 铜片的处理
• 2.2.2 CuS 的制备
• 2.2.3 样品分析测试方法
• 2.2.4 场发射性能测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 升温速度对产物形貌的影响
• 2.3.2 载气气流速度对产物形貌的影响
• 2.3.3 反应温度对产物形貌的影响
• 2.3.4 硫化铜纳米墙不同部位的 EDS 分析及生长机理讨论
• 2.3.5 硫化铜纳米墙的 XPS、XRD、SAED 分析
• 2.3.6 纳米墙及多极树枝晶 CuS 场发射性质研究
• 2.4 小结
• 第3章 低热固相反应法合成硫化铜纳米墙阵列及其场发射性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 铜片的处理
• 3.2.2 室温固相反应法制备 CuxS 纳米墙
• 3.2.3 样品分析测试方法
• 3.2.4 样品的场发射性质测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样品的形貌分析
• 3.3.2 样品的物相分析
• 3.3.3 样品的光电子能谱（XPS）
• 3.3.4 可能的生长机理
• 3.3.5 样品的场发射性质测试
• 3.4 小结
• 60衍生物在金属表面的自组装'>第4章 含氰基的C₆₀衍生物在金属表面的自组装
• 4.1 引言
• 60衍生物在金纳米粒子表面的自组装'>4.2 含氰基的C₆₀衍生物在金纳米粒子表面的自组装
• 4.2.1 实验仪器及试剂
• 60衍生物的合成'>4.2.2 含氰基的C₆₀衍生物的合成
• 4.2.3 金纳米粒子的制备
• 60衍生物的金纳米粒子制备'>4.2.4 含氰基 C₆₀衍生物的金纳米粒子制备
• 4.2.5 实验结果与讨论
• 60衍生物在铜表面的自组装'>4.3 含氰基的C₆₀衍生物在铜表面的自组装
• 4.3.1 实验
• 4.3.2 实验结果及讨论
• 4.4 结论
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果