非晶碳表面氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的生長、結(jié)構(gòu)和物性.pdf

1、本論文主要有如下三點(diǎn)創(chuàng)新： 發(fā)展了一種合成準(zhǔn)一維ZnO納米結(jié)構(gòu)的新方法即將互不相溶系統(tǒng)的排斥力作為一維納米結(jié)構(gòu)組裝的熱力學(xué)驅(qū)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(shí)驗證實(shí)。在非晶碳表面上通過熱輸運(yùn)化學(xué)氣相沉積方法制備出多種形態(tài)的一維和二維ZnO微納結(jié)構(gòu)，并且建立了不同納米結(jié)構(gòu)生長的熱力學(xué)與動力學(xué)模型。 利用熱輸運(yùn)化學(xué)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(zhǔn)一維ZnO納米結(jié)構(gòu)，利用ZnO與

2、非晶碳系統(tǒng)互不相溶性為ZnO納米結(jié)構(gòu)在非晶碳上形核生長提供驅(qū)動力。同時，通過調(diào)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(zhǔn)一維ZnO微納結(jié)構(gòu)，如圓錐狀，鉛筆狀，和倒T狀微納結(jié)構(gòu)，以及花瓣狀ZnO納米線陣列等；具體研究了準(zhǔn)一維ZnO納米結(jié)構(gòu)在非晶碳襯底上的生長機(jī)制。實(shí)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(tuán)簇，并且ZnO納米結(jié)構(gòu)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(tuán)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(xué)和動力學(xué)理論建立了準(zhǔn)一維ZnO納米結(jié)構(gòu)生長的物理模型，證實(shí)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(wǎng)絡(luò)實(shí)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(wǎng)絡(luò)一非晶金剛石復(fù)合結(jié)構(gòu)中得到了實(shí)驗上的實(shí)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(jié)構(gòu)作為場發(fā)射體，證實(shí)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(shí)際器件應(yīng)用而言，納米圓錐結(jié)構(gòu)是最理想的。 實(shí)驗上通過在非晶金剛石襯底表面制備準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)場發(fā)射冷陰極材料的表面功能修飾以達(dá)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(jié)構(gòu)的場發(fā)射性能，對比其它結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)圓錐狀ZnO微納結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)作為冷陰極場致電子發(fā)射材料具有最優(yōu)的幾何結(jié)構(gòu)；通過調(diào)整納米線的生長條件制備出圓錐狀的準(zhǔn)一維ZnO納米陣列，它優(yōu)異的場發(fā)射性能進(jìn)一步地證實(shí)了場發(fā)射體的幾何結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)尺度減小而發(fā)生藍(lán)移現(xiàn)象，并基于Burstein-Moss效應(yīng)提出了相關(guān)的理論模型，很好地解釋了這種異常的尺度依賴藍(lán)移的物理起源，這意味著人們有可能通過控制微納結(jié)構(gòu)的尺度和形貌進(jìn)而控制其光電功能。 對三種不同形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dá)到了151.1°。分析認(rèn)為存在于納米結(jié)構(gòu)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(yīng)的物理模型，通過分析認(rèn)為這種情況是材料在高載流子濃度下所產(chǎn)生的BM效應(yīng)引起的。另外實(shí)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(guān)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;