非晶碳表面氧化鋅納米結構的生長、結構和物性.pdf

1、本論文主要有如下三點創(chuàng)新： 發(fā)展了一種合成準一維ZnO納米結構的新方法即將互不相溶系統(tǒng)的排斥力作為一維納米結構組裝的熱力學驅動力的思想，并在互不相溶的碳一氧化鋅系統(tǒng)中得到了實驗證實。在非晶碳表面上通過熱輸運化學氣相沉積方法制備出多種形態(tài)的一維和二維ZnO微納結構，并且建立了不同納米結構生長的熱力學與動力學模型。 利用熱輸運化學氣相沉積方法在非晶碳襯底上制備ZnO納米線。在非晶碳表面上制備準一維ZnO納米結構，利用ZnO與

2、非晶碳系統(tǒng)互不相溶性為ZnO納米結構在非晶碳上形核生長提供驅動力。同時，通過調整納米線的生長條件利用這種方法制備出了多種形貌的準一維ZnO微納結構，如圓錐狀，鉛筆狀，和倒T狀微納結構，以及花瓣狀ZnO納米線陣列等；具體研究了準一維ZnO納米結構在非晶碳襯底上的生長機制。實驗方面發(fā)現(xiàn)ZnO晶核可以在非晶碳表面上自發(fā)地聚集團簇，并且ZnO納米結構是在沒有中介層的存在下直接在非晶碳表面上形核生長的。理論分析發(fā)現(xiàn)ZnO與碳的互不相溶性在ZnO的

3、形核團聚及一維取向生長這兩個重要的過程中起到了非常重要的作用；利用晶體生長熱力學和動力學理論建立了準一維ZnO納米結構生長的物理模型，證實了生長環(huán)境中ZnO濃度的變化對于ZnO納米線在生長過程中的形貌變化具有重要的影響。 提出了用納米線網絡實現(xiàn)場發(fā)射冷陰極材料的表面功能修飾以改善其場發(fā)射性能的思想，并在ZnO納米棒網絡一非晶金剛石復合結構中得到了實驗上的實現(xiàn)；在非晶碳襯底上自組裝出圓錐狀，鉛筆狀，和倒T狀等三種典型一維ZnO微納

4、結構作為場發(fā)射體，證實了ZnO納米線的場發(fā)射特性顯著地依賴于其尖端形狀，對于實際器件應用而言，納米圓錐結構是最理想的。 實驗上通過在非晶金剛石襯底表面制備準一維ZnO納米線，使得非晶金剛石的場發(fā)射性能得到顯著的改善，意味著可以利用納米線網絡實現(xiàn)場發(fā)射冷陰極材料的表面功能修飾以達到改善其場發(fā)射性能的目的；測試研究了三種不同形貌的一維ZnO微納結構的場發(fā)射性能，對比其它結構發(fā)現(xiàn)圓錐狀ZnO微納結構的場致電子發(fā)射性能比較突出，開啟以及

5、閾值電場分別為2.4以及4.3V／um。研究顯示，圓錐狀ZnO微納結構的幾何因素如較小的圓錐角及圓錐半徑對其場發(fā)射性能起到了良好的作用，確定了錐形的ZnO微納結構作為冷陰極場致電子發(fā)射材料具有最優(yōu)的幾何結構；通過調整納米線的生長條件制備出圓錐狀的準一維ZnO納米陣列，它優(yōu)異的場發(fā)射性能進一步地證實了場發(fā)射體的幾何結構因素對其場發(fā)射性能有重要影響。 制備出花瓣狀的ZnO納米線陣列，并且發(fā)現(xiàn)這種納米結構具有超疏水性；在單根鉛筆狀Zn

6、O納米線的CL譜中觀測到顯著的紫光隨納米結構尺度減小而發(fā)生藍移現(xiàn)象，并基于Burstein-Moss效應提出了相關的理論模型，很好地解釋了這種異常的尺度依賴藍移的物理起源，這意味著人們有可能通過控制微納結構的尺度和形貌進而控制其光電功能。 對三種不同形貌的ZnO納米結構進行了疏水性能測試，對比發(fā)現(xiàn)花瓣狀ZnO納米線具有非常優(yōu)異的超疏水性能，水滴在其表面的接觸角達到了151.1°。分析認為存在于納米結構與水滴表面的空氣比例對材料的

7、疏水性能具有很重要的影響；利用CL光譜研究了鉛筆狀ZnO納米線的紫外發(fā)光現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)隨著納米線的直徑減小，在電子束激發(fā)下，紫外光的能量明顯地向高能方向移動，解釋了這種尺度依賴的發(fā)光現(xiàn)象并建立了相應的物理模型，通過分析認為這種情況是材料在高載流子濃度下所產生的BM效應引起的。另外實驗方面首次發(fā)現(xiàn)在電子束激發(fā)下，所得到的ZnO納米線的單色發(fā)光像中出現(xiàn)明暗相間的發(fā)光現(xiàn)象。 關健詞：互不相溶性;場致電子發(fā)射;表面與界面能;陰極射線致熒光;