GeO2和In2Ge2O7一维纳米结构的气相合成与发光性能研究

论文摘要

由于纳米尺度的一维材料在基础科学研究和潜在的技术应用方面极其重要而引起人们的广泛关注。准一维纳米材料，主要包括纳米线／棒、纳米管、纳米带、纳米针、纳米同轴电缆、异质结和超晶格纳米线等。在这些材料中，氧化物一维纳米材料是人们重点的研究对象。尽管一维氧化物纳米材料的研究已经取得了相当大的进步，但如何在所需形貌、成分、结构和性质的制备上实现可控仍然是一个很大的挑战。本论文的第一部分内容就是如何用简单的热蒸发方法制备出GeO2纳米线阵列。后面两部分分别是三元化合物In2Ge2O7纳米带和链状In2Ge2O7芯／非晶GeO2壳纳米电缆的制备、表征和发光性能研究。主要的研究工作及结果如下：1．GeO2纳米线阵列的合成、表征、生长机制和发光特性的研究我们用传统的热蒸发方法，以Si（111）作为衬底，制得了GeO2纳米线阵列。分析表明GeO2纳米线阵列以自催化VLS机制生长。用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能量弥散X射线衍射仪（EDS）和光致发光光谱（PL）等测试手段对制得产物的形貌、微观结构和光学性能进行了研究。GeO2纳米线的直径和长度分别为100nm和几微米左右，纳米线端部的球形颗粒的直径大概为几百纳米。GeO2纳米线对电子束的辐射非常敏感。当有能量比较大的电子束打在GeO2纳米线上时，GeO2纳米线发生了单晶到非晶的转变。室温下的GeO2纳米线阵列的光致发光光谱显示出一个峰值为411nm的紫光峰和两个峰值分别为448nm和471nm的蓝光峰。2．三元化合物In2Ge2O7纳米带的合成和光致发光性能在没有使用催化剂的情况下，用简单的热蒸发方法成功地合成了大量的In2Ge2O7纳米带。In2Ge2O7纳米带的生长过程是基于气—固生长机制。用扫面电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能量弥散X射线衍射仪（EDS）和光致发光光谱（PL）等测试手段对制得产物的形貌、微观结构和光学性能进行了研究。In2Ge2O7具有层状的钪钇石型（Sc2Si2O7）结构。In2Ge2O7纳米带生长方向是[210]，宽度、厚度和长度分别在300-500nm、50-70nm和几十到几百微米左右。在室温光致发光光谱中可以观察到一个强而且很宽的在410nm处的发光峰。3．链球状In2Ge2O7芯／非晶GeO2壳纳米电缆的合成和发光特性通过简单的热蒸发方法成功地合成了新奇的链球状In2Ge2O7芯／非晶GeO2壳纳米电缆。纳米电缆的生长过程是基于气—固生长机制。用扫面电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能量弥散X射线衍射仪（EDS）和光致发光光谱（PL）等测试手段对制得产物的形貌、微观结构和光学性能进行了研究。研究表明链球状的纳米电缆的芯部是单晶In2Ge2O7纳米线，直径大概是30nm，壳层是非晶GeO2的链状结构。在室温测得的PL谱经过拟合可以得到四个发光峰，分别是401 nm、448.5 nm，、466.5 nm和491 nm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的分类
• 1.3 纳米材料的基本特性
• 1.3.1 小尺寸效应
• 1.3.2 表面效应
• 1.3.3 量子尺寸效应
• 1.3.4 宏观量子隧道效应
• 1.3.5 库伦堵塞与量子隧穿
• 1.3.6 介电限域效应
• 1.4 纳米材料的表征
• 1.4.1 形貌分析
• 1.4.2 成分分析
• 1.4.3 物性分析
• 1.5 准一维纳米材料的制备方法
• 1.5.1 气相法
• 1.5.2 液相法
• 1.5.3 模板法
• 1.6 用热蒸发方法制备一维纳米材料时各种实验条件对产物形貌的影响
• 1.6.1 沉积温度对产物形貌的影响
• 1.6.2 载流气对产物形貌的影响
• 1.6.3 催化剂对产物形貌的影响
• 1.6.4 衬底对产物形貌的影响
• 1.6.5 保温时间对产物形貌的影响
• 1.7 准一维纳米材料发展概况和特性与应用
• 1.7.1 准一维纳米材料的发展概况
• 1.7.2 准一维纳米材料的特性与应用
• 1.8 本章结语
• 第二章 实验装置、原理和操作规程
• 2.1 实验装置简介
• 2.1.1 实验设备简介
• 2.1.2 实验装置示意图
• 2.2 实验原理
• 2.3 实验操作规程
• 2纳米线阵列的自催化生长与发光性能研究'>第三章 GeO₂纳米线阵列的自催化生长与发光性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 2纳米线阵列的形貌'>3.3.1 GeO₂纳米线阵列的形貌
• 2纳米线阵列的结构与成分'>3.3.2 GeO₂纳米线阵列的结构与成分
• 2纳米线阵列的生长机制'>3.3.3 GeO₂纳米线阵列的生长机制
• 2纳米线阵列的光致发光性能'>3.3.4 GeO₂纳米线阵列的光致发光性能
• 3.4 本章小结
• 2Ge₂O₇纳米带的合成、表征与发光性能研究'>第四章 三元化合物In₂Ge₂O₇纳米带的合成、表征与发光性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.3 结果与讨论
• 2Ge₂O₇纳米带的形貌'>4.3.1 In₂Ge₂O₇纳米带的形貌
• 2Ge₂O₇纳米带的结构与成分'>4.3.2 In₂Ge₂O₇纳米带的结构与成分
• 2Ge₂O₇纳米带的生长机制'>4.3.3 In₂Ge₂O₇纳米带的生长机制
• 4.3.4 不同实验条件下得到的产物形貌图对比
• 2Ge₂O₇纳米带的光致发光性能'>4.3.5 In₂Ge₂O₇纳米带的光致发光性能
• 4.4 本章小结
• 2Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的合成和发光特性'>第五章 链球状In₂Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的合成和发光特性
• 5.1 引言
• 5.2 实验过程
• 5.3 结果与讨论
• 2Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的形貌'>5.3.1 链球状In₂Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的形貌
• 2Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的结构与成分'>5.3.2 链球状In₂Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的结构与成分
• 2Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的生长机制'>5.3.3 链球状In₂Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的生长机制
• 2Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的光致发光性能'>5.3.4 链球状In₂Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的光致发光性能
• 5.4 本章小结
• 全文总结
• 2纳米线阵列的合成、表征、生长机制和发光特性的研究'>1.GeO₂纳米线阵列的合成、表征、生长机制和发光特性的研究
• 2Ge₂O₇纳米带的合成和光致发光性能'>2.三元化合物In₂Ge₂O₇纳米带的合成和光致发光性能
• 2Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的合成和发光特性'>3.链球状In₂Ge₂O₇芯/非晶GeO₂壳纳米电缆的合成和发光特性
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文