一維氧化鎵、碳化硅納米材料的制備、物性表征和自組裝.pdf

1、一維納米材料以其特殊的基本物理性能以及它在未來納米電子器件，光電子器件，微傳感器等多方面潛在的應(yīng)用前景，吸引了人們廣泛的注意，目前己成為納米科技研究的最熱點。而一維納米材料的可控性制備和操縱是實現(xiàn)其功能性應(yīng)用的前提。本文在前人的工作基礎(chǔ)上，從氣相中制備了具有多種形貌的氧化鎵和碳化硅的一維納米結(jié)構(gòu)，討論了它們的形成機理，觀察到了它們在光致發(fā)光，激光拉曼散射和力學(xué)性能方面的新現(xiàn)象，以及氧化鎵納米帶在毛細(xì)作用驅(qū)動下形成大面積有序陣列的自組裝行

2、為。通過這些工作的開展，為實現(xiàn)這兩種納米材料的功能化應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 探索并發(fā)展了一種有效的制備氧化物納米帶的方法：金屬單質(zhì)直接氧化法。在900℃下直接熱蒸法金屬Ga，獲得了大量具有單晶結(jié)構(gòu)的氧化鎵納米帶。和文獻(xiàn)中報道的其它方法比較起來，金屬單質(zhì)氧化法顯著降低了反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，可推廣到其他金屬氧化物納米帶的制備。研究了氧化鎵納米帶在室溫下的光致發(fā)光性能。在激光激發(fā)下，納米帶表面的氧空

3、位和大的比表面積使得它有一較強的藍(lán)光發(fā)光帶。 采用金屬催化劑的氣-液-固(VLS)是一維納米材料生長的最重要方法。本文在Au納米顆粒催化輔助下，采用金屬單質(zhì)氧化法制備了多種不同形貌的氧化鎵納米結(jié)構(gòu)，其中包括納米線，納米片和層狀晶體等，發(fā)現(xiàn)控制氣相反應(yīng)物的濃度可實現(xiàn)氧化鎵納米結(jié)構(gòu)的可控性生長。而且催化劑納米顆粒的使用明顯促進(jìn)了氧化鎵納米結(jié)構(gòu)的形成，其生長過程受VLS和VS機理的共同控制。 除了熱蒸發(fā)，微波等離子體法也被用來

4、生長氧化鎵的納米結(jié)構(gòu)。通過金屬Ga和水蒸汽等離子體的反應(yīng)，在生長基底上制備了氧化鎵納米片的陣列。通過改變實驗條件也制備了氧化鎵的納米管。由于在反應(yīng)氣體中引入了活性基團(tuán)，微波等離子體法降低了反應(yīng)條件和對實驗裝置的要求，同時獲得了其他實驗方法難以制備的納米結(jié)構(gòu)。 通過感應(yīng)加熱SiO粉末，在碳?xì)值谋砻嬷苽淞艘环N具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的SiC/SiO2納米同軸電纜：其核為晶體的3C-SiC，殼為非晶的SiO2。SiC/SiO2納米同軸電纜是一種徑

5、向的絕緣體-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。通過微觀表征和反應(yīng)動力學(xué)，研究了它們的生長機理和形成過程。而且在感應(yīng)加熱產(chǎn)物中也發(fā)現(xiàn)了螺旋形的SiC/SiO2納米同軸電纜。先前文獻(xiàn)報道中的無機物一維螺旋形納米結(jié)構(gòu)的形成都需要催化劑的引導(dǎo)，本文在無催化劑的情況下合成了螺旋形的一維納米結(jié)構(gòu)，并認(rèn)為不同心的核-殼生長速度的不同是其生長的主要原因。 另外，研究了SiC納米線的激光拉曼和力學(xué)性能。實驗結(jié)果表明SiC納米線的拉曼光譜和塊體材料比較起來出現(xiàn)了明

6、顯的“紅移”，散射峰位向短波數(shù)方向移動。量子限域效應(yīng)和缺陷是其“紅移”產(chǎn)生的主要原因。研究了單根SiC納米線的力學(xué)強度，發(fā)現(xiàn)SiC納米線的彈性模量隨著其直徑的減少而增加，最高的彈性模量值接近于晶體SiC中(111)面的理論彈性模量。而且在PVA中加入重量僅為5％的SiC納米線，就能顯著提高其拉伸強度和彈性模量，表明SiC納米線具有良好的增強效果。 自組裝在納米技術(shù)的發(fā)展中起到了重要的作用。本文通過溶劑蒸發(fā)法在硅片的表面獲得了大面