锡硫化物纳米结构的制备与物性研究

摘要

近年来,纳米材料引起了人们的广泛关注和研究。基于能源的消耗与现有储备量的矛盾,越来越多的国家和科研机构都把目光投向了太阳能资源。结合纳米科学技术,制造低成本、无毒且具有高转换效率的太阳能电池成为广大科研工作者的共同目标。锡硫化物都是一些重要的半导体材料,具有良好的光电性能。如二硫化锡是一种n型半导体材料,其光学带隙为2.46eV,非常适合作为太阳电池的窗口层；三硫化二锡有很高的各向异性导电性,可用于检测和产生红外线等。锡硫化物在光电转换器件及太阳能光伏技术等方面具有相当大的潜在应用价值。
　　 本文主要围绕锡硫化物纳米结构的可控制备及其物理性能展开研究,发展制备锡硫化物纳米结构的简单方法,探索各种实验条件对锡硫化物纳米结构形貌的影响,寻求合成锡硫化物纳米结构的最佳条件。采用化学气相沉积法,以锡和硫为源材料,通过控制反应物配比、温度分布、气压、载气流量以及催化剂等宏观实验条件,从而实现锡硫化物纳米结构的可控合成。采用扫描电子显微镜及自带的能量色散谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见-近红外分光光度计等技术手段对所制备的纳米材料的形貌、晶体结构以及电子能带结构等进行表征。实验成功制备出了以下两种锡硫化物自组装纳米结构：⑴大面积内均匀致密、类似花瓣状的二硫化锡纳米片,其厚度为几十个纳米,宽度为1微米左右。测试结果表明二硫化锡纳米片是一种六方结构的直接带隙半导体,其能隙宽度为2.46eV。⑵大面积内排列致密的三硫化二锡纳米线阵列,其横向尺度为100纳米左右,长约几个微米。测试表明三硫化二锡纳米线是一种正交结构的直接带隙半导体,其能隙宽度约为2.0eV。分析两种纳米结构的形貌、取向、生长过程发现:纳米线的生长主要依赖于金属催化剂铅原子的作用；在铅的催化作用下,纳米线沿[002]方向取向生长,且其生长遵循气-固生长机理。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米材料与纳米结构

1.3 纳米材料的特性

1.3.1 量子尺寸效应

1.3.2 小尺寸效应

1.3.3 表面效应

1.3.4 介电限域效应

1.3.5 宏观量子隧道效应

1.4 化学气相沉积法

1.4.1 化学气相沉积法的定义

1.4.2 化学气相沉积法的特点

1.4.3 化学气相沉积法的优缺点

1.4.4 化学气相沉积法的生长机理

1.5 选题意义及研究内容

第二章 二硫化锡纳米片的制备与物性研究

2.1 前言

2.2 实验样品制备

2.2.1 化学试剂与仪器

2.2.2 实验装置

2.2.3 衬底准备

2.2.4 样品制备

2.3 样品的表征及分析

2.3.1 样品的表征和测试方法

2.3.2 二硫化锡纳米片的形貌研究

2.3.3 二硫化锡纳米片的物相结构分析

2.3.4 二硫化锡纳米片的能量色散谱分析

2.3.5 二硫化锡纳米片的吸收光谱分析

2.4 沉积温度对样品制备的影响

2.5 小结

第三章 三硫化二锡纳米结构的制备与物性研究

3.1 前言

3.2 样品制备

3.3 样品的表征及分析

3.3.1 三硫化二锡纳米线的形貌研究

3.3.2 三硫化二锡纳米线的物相结构分析

3.3.3 三硫化二锡纳米线的能量色散谱分析

3.3.4 三硫化二锡纳米线的吸收光谱分析

3.4 制备三硫化二锡纳米线的影响因素

3.4.1 样品沉积位置的影响

3.4.2 载气流量的影响

3.5 三硫化二锡纳米线的生长机理分析

3.6 三硫化二锡纳米管

3.7 小结

第四章 结论与展望

参考文献

附录 :攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢