金属六硼化物和γ-AlB化合物纳米结构的制备与表征

摘要

稀土六硼化物(RB6,R=rare-earth)是一种优良的阴极发射材料,具有功函数小、硬度大、熔点高、导电率高、化学稳定性好等特点,正是由于该材料具备良好的的物理性能和化学性能,用它制备的场发射器件性能稳定,使用寿命长,因此,该材料广泛用于民用工业和国防工业。六硼化钙(CaB6)属于碱土六硼化合物(AB6,A=alkaline-earth)的一种,具有低密度,高熔点,高硬度,高杨氏模量,高化学稳定性等性质。CaB6在高温材料,表面保护材料,抗磨损材料和储氢材料中都得到了广泛的应用。理论和实验表明金属硼化物纳米材料具有丰富有趣的结构形态和优异的物理化学性能,但是对于稀土金属六硼化物和碱土金属六硼化物纳米材料的制备和性能的测试还不够充分,对γ-AlB12这种化合物纳米结构的研究也很少。 本论文采用化学气相沉积工艺,制备了一系列的稀土金属六硼化物、碱土金属六硼化物以及γ-AlB12化合物的低维材料,X射线粉末衍射、场发射扫描电镜、透射电镜对这些纳米结构进行了表征,并探讨了生长机理。 通过镧粉末和三氯化硼与H2/Ar的自催化反应,成功的制备了六硼化镧纳米线并首次得到了纳米管。X射线粉末衍射、场发射扫描电镜、透射电镜和高分辨透射电镜分析表明纳米线是单晶立方结构的六硼化镧,而纳米管为多晶立方结构的六硼化镧。这种方法还可以制备许多形貌奇怪的六硼化镧纳米结构。系统的研究了实验参数对纳米结构形貌的影响,讨论了六硼化镧纳米线的自催化生长机理。 通过镨粉末和三氯化硼与H2/Ar直接反应首次成功地制备了六硼化镨纳米线、树叶状纳米结构和立方体亚微米结构。X射线粉末衍射、场发射扫描电镜、透射电镜和高分辨透射电镜用来表征纳米线的成分,结构和形貌。PrB6纳米线的场发射测试结果表明：电场强度为14.6 eV/μm时,有效场发射电流达到3.3×104 Acm-2,有效发射面积为1.2μm2。系统的研究了实验参数对纳米结构形貌的影响,讨论了六硼化镨纳米线的自催化生长机理。 通过钐粉末和三氯化硼与H2/Ar直接反应,首次成功的制备了六硼化钐纳米线和纳米管。X射线粉末衍射、场发射扫描电镜、透射电镜和高分辨透射电镜对其成分、形貌和结构进行了表征。结果表明：纳米线和纳米管都是单晶立方结构的六硼化钐,沿着[111]方向生长。探讨了实验参数,特别是研究了温度和气流量对纳米线形貌的影响。简单讨论了纳米线的生长机制。 通过铕粉末和三氯化硼与H2/Ar直接反应,首次成功的制备了六硼化铕纳米线和纳米管。X射线粉末衍射、场发射扫描电镜、透射电镜和高分辨透射电镜用来表征纳米线的成分,结构和形貌。我们的研究结果表明：纳米线直径约60-300 nm,长度约1-10μm,纳米线是立方单晶结构的EuB6,沿着[100]方向生长。高分辨透射电镜表明纳米管为多晶立方的六硼化铕。讨论了纳米线的自催化生长机制。 通过钙粉末和三氯化硼与H2/Ar的自催化反应,成功的制备了六硼化钙纳米线、截面为矩形的片状纳米结构,并首次得到了纳米管与“麦穗状”纳米结构。X射线粉末衍射、透射电镜和选区电子衍射对这些纳米结构进行了表征,结果表明：纳米线是沿着[110]方向生长的立方CaB6单晶。简单讨论了纳米线的生长机制。 通过铝粉末和三氯化硼与H2/Ar直接反应,在原位合成了大量的纳米线。透射电镜以及能谱分析表明,原位制备的纳米线为正交结构的γ-AlB12晶体,沿着[020]方向生长。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1纳米材料的发展史、内涵和性质

1.1.1纳米科技的发展

1.1.2纳米科技的内涵

1.1.3纳米材料的性质

1.2纳米材料的制备方法

1.2.1 VLS生长机制制备纳米材料

1.2.2 VS生长机制制备纳米材料

1.2.3 SLS生长机制制备纳米材料

1.2.4模板法生长机制制备纳米材料

1.2.5晶体各向异性生长制备纳米材料

1.3一维金属六硼化物纳米材料的研究现状

1.3.1金属六硼化物的性质

1.3.2一维金属六硼化物纳米材料的研究现状

1.4本论文的主要理论依据和研究内容及创新之处

1.4.1本研究课题的提出及来源

1.4.2本博士论文的主要工作和章节内容安排简介

1.4.3本论文的创新之处

第二章样品制备与分析测试仪器

2.1原料与样品的制备

2.1.1原料与试剂

2.1.2样品的制备

2.2测试仪器和方法

2.2.1 X射线粉末衍射

2.2.2扫描电镜

2.2.3透射电镜分析

2.2.4场致电子发射仪

第三章LaB6纳米材料的制备与表征

3.1引言

3.2 LaB6纳米线和纳米管的制备与表征

3.2.1样品的制备

3.2.2样品的物相鉴定

3.2.3场发射扫描电镜观察样品的表面形貌

3.2.4 LaB6纳米线的透射电镜及微结构分析

3.2.5 LaB6纳米管的透射电镜及微结构分析

3.3生长奇特形貌的LaB6纳米结构

3.4生长条件对LaB66纳米结构形貌的影响

3.4.1反应温度

3.4.2反应时间

3.413气流量

3.4.4 La颗粒的大小

3.4.5衬底种类

3.5 LaB6纳米线生长机制的讨论

3.6本章小结

第四章PrB6纳米结构的制备与表征

4.1引言

4.2一维PrB6纳米线制备与表征

4.2.1样品的制备

4.2.2样品的物相鉴定

4.2.3扫描电镜观察样品的形貌

4.2.4透射电镜及微结构分析

4.3 PrB6树叶状纳米结构的制备与表征

4.3.1样品的制备

4.3.2样品的物相鉴定

4.3.3扫描电镜观察样品的形貌

4.4 PrB6立方体亚微米结构的制备与表征

4.4.1样品的制备

4.4.2样品的物相鉴定

4.4.3样品形貌的SEM观察

4.5生长条件对PrB6纳米结构的影响

4.5.1反应温度

4.5.2反应时间

4.5.3衬底类型

4.5.4气流量

4.5.5 Pr颗粒的大小

4.6 PrB6纳米线的场发射性能

4.6.1场发射的基本理论

4.6.2样品的场发射性能分析

4.7 PrB6纳米线的生长机制

4.8本章小结

第五章SmB6纳米线与纳米管的制备与表征

5.1引言

5.2表面光滑的一维SmB6纳米线的制备与表征

5.2.1样品的制备

5.2.2样品的物相鉴定

5.2.3扫描电镜观察样品的表面形貌

5.2.4 SmB6纳米线的透射电镜及微结构分析

5.2.5 SmB6纳米管的透射电镜及微结构分析

5.3表面粗糙的大面积SmB6纳米线的制备与表征

5.3.1样品的制备

5.3.2样品形貌的SEM观察

5.4生长条件对SmB6纳米结构的影响

5.4.1反应温度

5.4.2气流量

5.4.3其他条件

5.5 SmB6纳米线的生长机制

5.6本章小结

第六章EuB6纳米线与纳米管的制备与表征

6.1引言

6.2一维EuB6纳米线和纳米管的制备与表征

6.2.1样品的制备

6.2.2样品的物相鉴定

6.2.3扫描电镜观察样品的表面形貌

6.2.4透射电镜及微结构分析

6.3 EuB6纳米线的生长机制

6.4本章小结

第七章CaB6纳米线与纳米管的制备与表征

7.1引言

7.2一维CaB6纳米结构的制备与表征

7.2.1样品的制备

7.2.2样品的物相鉴定

7.2.3扫描电镜观察样品的表面形貌

7.2.4透射电镜及微结构分析

7.3 CaB6纳米线的生长机制

7.4本章小结

第八章γ-AlB12化合物纳米结构的制备与表征

8.1引言

8.2一维AlB12纳米线的制备与表征

8.2.1样品的制备

8.2.2扫描电镜观察样品的表面形貌

8.2.3透射电镜及微结构分析

8.3本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢