硅及稀土材料低维纳米结构的组装和光物理性质

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1、长春光学精密机械与物理研究所博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本文完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：2003年月日摘要硅及稀土材料低维纳米结构的组装和光物理性质吴长锋(凝聚态物理)指导教师秦伟平研究员纳米结构的组装体系及其物理性质的研究是当前纳米科学的研究热点。硅艇半导体材料足现代微电子

2、及光电集成技术的基础，稀土是发光、磁学、超导等诸多功能材料不可或缺的组分。本文以硅和稀土化合物为基础，设计台成了四种新材料体系：稀土配合物／Si02微球复合结构、Y203：Eu纳米管、Si／SiO。纳米线及Si，。C。薄膜超点阵结构。丰富了几种低维纳米结构的组装制备方法，分析了相关体系的结构特征，研究了它们在纳米尺度下的光物理性质。通过改进的St6ber方法制备了铕配合物／Si02微球复合结构。荧光光谱、激光选择激发及发光动力学的研究表明铕配合物在Si02基质中存在两种发光中心。与单一的配合物体系相比，其能量位冒及谱线数目保持一致

3、。将稀土配合物／Si02微球分散在介电常数不l—J的聚合物介质中，折射率边界引起的介电限域效应改变了稀土离子的白发辐射速率。利用表面活性剂分了的自组装方法合成了Y203：Eu纳米管。低温下的激光选择激发光谱表明，处于纳米管壁内部的发光中心具有较为确定的格俺对称性，其发射光谱具有清晰的光谱结构。受表面缺陷的影响，纳米管壁近表而的Eu卜离子处于较为复杂的微环境中，其发射光谱表现为非均匀展宽的光谱线形。由特定靶材的热分解方法，合成了尺寸分布较均匀的单晶Si纳米线。利用SEM、TEM、EDX及XPS等测试手段，对样品的成分和结构进行了深入

4、的分析。产物中主要包括两种类型的Si纳米线，二者具有不同的形貌和结构特征，因此它们遵从不同的生眭机制。样品的发射光谱表现为双潜峰结构，两个谱峰分别归属于非桥键氧缺陷和Si／Si02界面定域态的发光。在硅钼棒的热解产物中发现了一种高碳浓度的Si，。G单晶材料。电子衍射和HRTEM表明该材料具有传统硅碱材料所不具备的长程有序和超点阵结构。超点阵周期沿金刚石结构的fOOJi方向，相当于(002)基本周期长度的血倍。金属Mo的存在可以提高C原子在生长表面附近的溶解度和扩散速度；同时Mo引起的表面重构类似一个生长低维结构的模板，诱导si原予

5、和C原于向各自能量最稳定的位置择向移动，形成最终的有序结构。Si，。C，超结构晶体的发现表明在硅．碳二元体系中存在着一个新的有序相，它所具有的高碳浓度和超点阵结构必然意味着新奇的物理性质。关键词：纳米绵构硅稀土发光制备————————————j量垦登兰塑塑塑!!!!鳖堕旦堕塾茎塑垄塑堡丝堡FabricationandPhotophysicalPropertiesofRareEarthandSilicon-basedNanOstructuresChangfengWu(CondensedMatterPhysics)Directedby

6、Prof．WeipingQinAbstractNanostructureshaveI。eceivedsteadilygrowinginterestsasaresultoftheirpeculiarpropertiesandapplicationsinmodernscienceandtechnologyTheabilitytogeneratesuchstructuresandtheirfascinatingphysicalpropertiesareessentialtonanoscalescience．Siliconplaysace

7、ntralroleinthesemiconductorindustryduetoitsmaturefabricationtechnologyRareearthcompoundshavebeencxtensivelyappliedtohigh-performancemagnets，luminescencedevices，catalysts，andotherfunctionalmaterials．Inthisthesis，fourma{erialsystems，i．e．Eucomplex／Si02colloidalspheres，Y2

8、03：Eunanotubes，Si／Si02core—shellnanowires，andhighlyconcentratedSi】．xCxalloy,werefabricatedbyavarietyofchemicalmethodssuchasS