Cr2O3和CrO2納米材料的制備和物性研究.pdf

1、近年來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)當(dāng)物質(zhì)的大小處于納米尺度(1-100nm)時(shí)，物質(zhì)具有明顯不同于宏觀材料和原子、分子的物理和化學(xué)特性，其凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)特征對(duì)由其組成的宏觀材料的光、電、磁、熱、力學(xué)性能等有著巨大的影響。而化學(xué)氣相沉積（CVD，chemical-vapordeposition）方法是目前人們制備納米材料最有效的技術(shù)手段之一。鉻氧化物（CrO和CrO232）在紫外發(fā)光和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。因此，采用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制

2、備CrO和CrO232納米材料并研究其光學(xué)性質(zhì)和磁性對(duì)于開發(fā)納米紫外發(fā)光器件和納米自旋電子學(xué)器件有著很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文利用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，用自建的低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)，采用三氧化鉻（CrO）作為原料，來(lái)制備CrO和CrO3232納米材料；在普通玻璃襯底、Si(111)襯底上成功地制備出CrO23多晶薄膜和微（納）米柱，在自制的陽(yáng)極氧化鋁（AAO）模板中成功地制備出CrO23單晶納米管；利用同樣

3、的方法，在普通玻璃襯底上成功地制備出CrO2多晶薄膜，在自制的陽(yáng)極氧化鋁（AAO）模板中成功地制備出CrO非晶納米管。
　　對(duì)于CrO多晶薄膜，我們研究了其結(jié)構(gòu)，形貌和物性。在研究CrO2323多晶薄膜的光學(xué)性質(zhì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由Cr3+離子的3d3電子跳躍而導(dǎo)致CrO23多晶薄膜PL發(fā)射峰與一般的CrO23體材料的禁帶對(duì)應(yīng)的發(fā)射波長(zhǎng)相比有了18nm左右的藍(lán)移。
　　在CrO23微（納）米柱的制備中，采用了金屬薄膜作為催化劑。嘗

4、試了10nmAg膜、Ag納米顆粒膜以及15nmAu膜三種催化劑，發(fā)現(xiàn)10nmAg膜不適合作為催化劑來(lái)制備CrO23微（納）米柱；Ag納米顆粒膜作為催化劑成功地制備出直徑在150nm左右，長(zhǎng)度大于1.5μm，軸徑比大于10:1的具有良好形貌的CrO23納米柱；采用15nmAu膜作為催化劑采用不同襯底和溫度分別制備出具有不同直徑、長(zhǎng)度和軸徑比的CrO微米柱。23
　　采用自制的陽(yáng)極氧化鋁（AAO）模板作為模板，合成出管壁厚度在幾納米至

5、十幾納米量級(jí)、直徑60nm左右、長(zhǎng)度在10μm左右、軸徑比大于100:1的沿[110]晶向生長(zhǎng)的單晶Cr2O納米管。并且單晶CrO323納米管的直徑和長(zhǎng)度可以通過(guò)調(diào)節(jié)陽(yáng)極氧化鋁（AAO）模板的孔徑與厚度來(lái)控制。初步研究了單晶CrO23納米管的光學(xué)性質(zhì)。在研究其光學(xué)性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)由于受納米尺寸效應(yīng)的影響，單晶Cr2O3納米管比Cr2O3多晶薄膜的4A2g→4T1g的電子躍遷吸收峰藍(lán)移了28nm，達(dá)到了365nm。
　　對(duì)于CrO2多晶薄

6、膜，我們研究了其結(jié)構(gòu)，形貌和物性。尋找出了在低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）系統(tǒng)中制備CrO2納米材料的最佳生長(zhǎng)條件。并初步研究了其磁性。
　　采用自制的陽(yáng)極氧化鋁（AAO）模板作為模板，合成出管壁厚度在5nm左右、直徑60nm左右、長(zhǎng)度在10μm左右、軸徑比大于100:1的非晶CrO2納米管。并且非晶CrO2納米管的直徑、長(zhǎng)度和管壁厚度可以通過(guò)調(diào)節(jié)陽(yáng)極氧化鋁（AAO）模板的孔徑與厚度以及生長(zhǎng)時(shí)的沉積時(shí)間來(lái)控制。并研究了非晶CrO2

7、納米管陣列的磁性。在研究其結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)非晶CrO2納米管擁有一端開口一端封閉的桶狀結(jié)構(gòu)，其形狀完全復(fù)制了模板孔洞的形狀，實(shí)現(xiàn)了納米尺度的微觀鑄造。在研究其磁性時(shí)發(fā)現(xiàn)非晶CrO2納米管具有宏觀的鐵磁性。由于受納米尺寸效應(yīng)的影響，我們制備的非晶CrO2納米管陣列雖然在形貌表征上看來(lái)完全是非晶的，但是與傳統(tǒng)的各向同性的非晶材料不同，我們?cè)诜蔷rO2納米管陣列的磁性時(shí)還發(fā)現(xiàn)其交換偏置效應(yīng)具有各向異性的行為：對(duì)于我們的樣品，在溫度為10K的條件下