氧化锌 氧化铈 氮化镓和氧化铋等纳米材料的制备及其性能研究

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1、山东大学博士学位论文中文摘要纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着重要影响的研究对象，也是纳米科技中最活跃、最接近应用的重要组成部分。纳米尺度下所具有的诸多性能，如量子尺寸效应、小尺寸效应以及表面效应等会对低维纳米材料的输运和光学性能产生重要影响，同时会在低维纳米体系中实现比常规体材料更为优越的电、光、磁和机械性能。近年来，对纳米材料及其性能的研究取得了巨大的进步，但仍有很多问题需要解决，也充满了机遇。目前，如何采用有效的制备方法合成纳米材料并对其微结构和有关性能进行研究是不少研究人员关注的

2、问题。本论文工作主要采用水热法和气相沉积法制备ZnO、Ce02、GaN和Bi203等纳米材料，采用X射线粉末衍射仪、扫描电镜、透射电镜、拉曼散射光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪及紫外光谱仪等分析测试手段进行分析，并对其形貌特征、微结构、部分物理性质和机理进行了系统的研究，研究分析了工艺条件、制备方法等对ZnO、Ce02、GaN和Bi203纳米结构的影响。主要研究结果如下：氧化锌作为代表性第三代宽带隙半导体材料，对其纳米材料的研究引起研究人员的广泛关注。’论文采用水热法，以zncl2和NaOH为原料得至U[Zn(OH)4】2

3、-溶液，以此溶液为前驱体，在不同的原料比和反应条件下制备出了一系列的一维纳米材料——zn0纳米棒。用扫描电镜对其形貌对比分析，用透射电镜对其微结构进行了表征，表明所制备的一维纳米材料是六方单晶氧化锌纳米棒。研究分析了添加剂PEG对ZnO纳米晶的析出、生长速率和成长形念等特征的影响机理，PEG分子吸附zn2+阳离子，使表面电荷密度增加、表面张力降低、成核能垒降低从而提高ZnO纳米晶析出与生长速率，PEG对ZnO晶体生长取向的诱导作用和成长形态特征有重要影响。研究了水热反应中的溶液环境对粒子形态和尺寸的影响情况，醇一水的环

4、境可以控$1]Zn042"从液相到晶体表面的释放速度，得到形态均匀的纳米棒。纳米稀土氧化物ce02是一种用途极广的新型功能材料，在整个稀土的应用中占举足轻重的地位，其应用开发前景十分广阔。以水、乙醇和乙二胺为溶剂用水热法制备了单晶Ce02纳米棒。利用XRD和SAED进行了物相分析，利用高分辨透射电镜进行了形貌分析，结果表明所得到的Ce02纳米棒为立方萤石结构且Ce02纳米棒粒径分布窄，比较均匀，表面光滑。研究了溶剂乙醇和乙二胺的共同作用对反由衰大学馕±学僚论文应产物Ce02纳米棒的生长速率、粒径分布等方丽的影响，在乙醇

5、和乙二胺的共同作用下阿加速ce02纳米棒的生长，并得到粒径均匀、分布窄的纳米棒；否则，得到的纳米棒短小且粒径分布较宽。研究发现，少爨的阳离子表面瓣性剂CTAB作助裁对ee。2绩岽磊夔残孩速度秘靛径戆努毒氇鸯黧蚕影薅。聱』愆气相沉积法，使氧化镓粉末与氨气袋疲，在LaAl03或Si树底上制备出丈量的GaN纳米线、纳米带和纳米棱棒。应用j鼍描电镜对这些Gab／纳米结构的形貌特征进行了观察，通过XRD和EDX测试表明这魃纳米材料的物相题六方GaN，应用透射电镜对这些纳米结构的微结构进霉亍了分孝蠢，结果表明所制备的GaN缡米材料

6、为荸鑫。鼯掰番《套氮亿稼缡寒糖精懿经受敖袈必谱遗行了测试分爨，A簸，O)或El≤鳓峰位出现了不同程度的蓝移或红移现象，表现出一定程度的尺寸效应。在制备过程中，我们发现制备过程中采用衬底的种类成其晶体结构会对所制备纳米结构的形貌产嫩影响。当采用两端歼口的石英舟时，树底附近的氮化镓气体的过饱和度相对较低，易于形成经自尺寸极小静一维缡采缕擒(懿藜寒线)：巍慕题嚣翡半封霹豹石英痔对，褥底辫邋氮纯镓气体的过谗帮魔骥显高于采爝翡瀵开日豹石英舟，易于形成宽度尺寸相对较大的准一维纳米结构(如纳米带)，分析了不同衬底种类、不同置激条件对

7、所制各纳米结构形貌的影响原因。氧化铋具有a、p、Y、6多种物相，具有多种晶体结构。其主强度用领域是电子辫瓷矜髂秘褥、蠢亳秘搴霉、窀解痿耪鼙、裳滋趣嚣毒孝秘、疆豫麓，吴寿广泛戆用途。秘前对氧亿铋纳米结构的研究甚少，逡远落后于对氧纯锌、氧化镓、氧纯锡等氧化物纳米材料的研究。文中用物理气棚沉积法，通过调熬硪衬底为竖放等工艺祭件，在氲气和氧气气氛下，在较高的温度下(1050℃)，恒濑2．5分钟，制备出片状氧化铋纳米结梅。遥过离分辨透射魄镜分板积扫攒电镳戏察表暖，片获缡米孛葶瓣l亟氧纯镶缓成整掰锈各的Bh03片敬缡张绣稳是萃鑫。

8、遴潞对毙实验，我们发现，硅衬底的放置方式和放置位置对增大氯化铋纳米材料的沉积量起着至关重要的作用，并且初步分析探讨了这种影响机瑕。本研究发展和完善了飘化物及氮化物纳米材料体系，为其它纳米材料的制备提供了侮签，将笼纳米零孝糕瓣开发窝瘟爱提供攥论指导耨参考蔹鬃。ll关键词；水热法；气相沉积法；纳米结构；制备；形貌山东大学博士学位论文A