准一维纳米材料的气相合成、结构表征及物性研究

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1、准一维纳米材料的气相合成、结构表征及物性研究摘要准一维纳米材料在基础科学研究和潜在的技术应用方面都非常重要，因此一维纳米材料是当前纳米材料科学领域舀勺前沿和热点。准一维纳米材刳可以用来建立纳米级的电了线路和光子存储器。探索和发展有效的合成这些准一维纳米材料的方法是准维纳米材料科学研究的基础。本文在前人的T作基础上，依据准一维纳米材料的气一液一固(VLS)和气一固(Vs)生长机制，合成出准一维纳米半导体材利(硫化物，氧化物纳米线和纳米同轴电缆)，观察到了过去宏观体系中术见到的一些新现象，与此同时，还讨论了他们的生长机制，并对这些制备方

2、法进行丁觇律性的总结。本文的主要研究内容包括以下几方面：1利用镀有Au膜的单晶硅片作为生长纳米线的衬底，采用简单热蒸发硫化锌粉末的方法成功的合成了硫化锌纳米线。扫描电镜和透射电镜观测表明这些半导体纳米线是均匀的．但是纳米线的排列是杂乱无章的。并且发现用丁收集纳米线的单品硅片的放置位置列纳米线的形貌有很大的影响：在硫化锌蒸气浓度较高的区域，所制备的硫化锌纳米线的表面比较粗糙；而在浓度较低的区域所收集的纳米线的表面比较的光洁。这种现象表明作为催化剂的Au纳米液滴中的硫化锌的过饱和度高的时候，生长的纳米线的表面粗糙，而饱和度较低的时候生长

3、的纳米线的表面光洁。EDS研究表明，在硫化锌纳米线的端部和线体中都有Au元素的存在，这些Au元素是在纳米线生长完成以后经过扩散由端部进入纳米线的。P1．研究发现，制备的硫化锌纳米线有两个明显的发光峰，分别位于446nm和520nm，前者来源于表面的缺陷，而后者来源于Au原予的掺杂。2探索并发展了一种简单而又高效的合成同轴纳米电缆的方法：以纳米线为先驱体，分两步合成出硫化镁一硫化锌同轴纳米电缆。扫描电镜分析表明所制备的硫化镁一硫化锌同轴纳米电缆与先驱体硫化锌纳米线在形貌上没有太大的差别。高分辨透射电镜观测显示所制各的产物是同轴纳米电缆

4、的芯一壳结构。芯部由单晶的硫化锌纳米线构成，而在壳层是由多晶的硫化镁构成。我们认为该方法是可以用来合成其他氧化物或硫化物的同轴纳米电缆。3采用直接蒸发氧化锌粉末和单质锌的方法分别制备了氧化锌纳米线和四角针状氧化锌纳米结构，并比较了他们的拉曼特性。研究发现四角针状氧化锌纳米结构的生长机制不同于～般的VLS或VS过程，从晶体的生成角度认为其形成机制是：在高温下，氧化膜包覆的锌粉内部有很高的蒸气压，ZnO先形成立方品格的内核，再形成六方晶格的八面体核，再生长过程巾，八面体的(1l20)面逐渐被生长较快的(10—10)面所取代，从而在四个不

5、相邻的面上生长出针状体柬，最后形成完整的四角针状氧化锌纳米结构[16一17]。氧化锌纳米线的生长机制即为典型的VL5机制。扫描电镜研究发现：在直径较睾R的纳米线线体卜会生长出来一些短小的带状或线状的纳米结构，分析认为这些短小的纳米结构是在纳米线合成过程的后期有一些被蒸发的氧化锌液滴附着在先t仁长出的纳米线线体上形核生长而成。室温拉曼谱在小波数区域有33lcm，377cm～．436cm一1和581cm_l等fJq个强峰，而在大波数区域有一个位于】l50CiTI一1的宽化的非列称的拉曼峰。拉曼峰的宽化与晶格的膨胀有关。而在四角针状氧化锌

6、纳米结构的拉曼谱中可以看出少了377cm—l的拉曼峰。缺少该峰的原因可能与四角针状纳米氧化锌晶体结构的方向与入射激发光方向之间的角度可能缺少了337cm一1拉曼峰被激发所需的几何关系。4采用低熔点会属镓作为溶剂，利用硅在金属镓中溶解度随温度的下降而减小的性质．在高温时把硅粉溶解入金属镓中，在温度下降的过程中溶解入余属镓的硅将析出来，而金属镓保持液体状态，可以作为催化剂，制备了氧化硅的纳米线。利用325nm波长的激光作为激发光源，研究了室温下非晶Sj()2纳米线的光致发光特性。氧化硅纳米线在420hm核480nm处有两个明显的较窄的荧

7、光峰，在804nm处有一个相当宽的较弱的荧光峰。高能量的两个pL峰是由配位数为2并且有2个未配对电子的si缺陷中心(OH一)的．在我们的样品中，位于804nm处的很宽的荧光峰尚没有文献报道，其放光机制在研究中。通过以上11二作的开展，在准一维纳米材料的制备科学和技术上有了一定推进。关键词：半导体纳米线，光致发光，拉曼。Vapor-phaseSynthesis，CharacterizationandPhysicsPropertiesofQuasi．-one·—dimensionalNanomaterialsAbstractResear

8、chonone，dimensionalnanostrncturehasbeenoneofthemostimportantfieldsandfocusofnanomaterialsbecauseoftheircontributionto