立方氮化铝纳米晶的溶剂热合成及其性质研究

摘要

氮化铝纳米材料由于具有高热导率、高熔点、低热膨胀系数和良好的化学稳定性和压电性能等特性,在很多方面、特别是电子工业方面有着广泛的应用.而且由于它具有很宽的带隙(6.2eV),且易与重要的宽带隙半导体材料SiC和GaN形成禁带宽度可调的合金以实现全色显示,在此基础上的GaN/Ga<,x>Al<,1-x>N异质结具有更优异的性能,因此越来越受到研究者和产业界的重视.而立方相AlN纳米晶由于具有更高的晶格对称性,比六方相AlN具有更低的声子散射和更高的热导率及声波速率等低异性能,更适宜于电子器件的设计和应用,其发展潜力更大.针对现有的制备方法所得产物多为六方相或六方和立方混合相的问题,我们首创了低温低压溶剂热汉合成立方相氮化铝纳米晶的新方法,并进一步研究了立方相AlN纳米晶的吸收、红外、光致发光等光学性质,为以后的应用奠定了坚实的基础.此外,该文还首次研究了立方相AlN纳米晶的有机催化性能,并将其分别作为核材料和壳材料,制备出了AlN/GaN和GaP/AlN核壳型半导体纳米异质结构材料,取得了较好的实验结果.对立方相AlN纳米晶进行了光学性质的研究,在其光致发光谱的360nm和406nm处得到了两个可能是由AlN纳米晶样品中的缺陷和杂质引起的发光峰.通过对反应过程的中间产物、主副产物及反应母液的分析,我们对溶剂热法制备AlN纳米微粒的反应机理进行了初步探讨.核壳型纳米半导体异质结构材料的研究也是目前材料学研究的热点,但Ⅲ-Ⅴ族纳米异质结构材料的研究目前还资料较少.通过两步合成法,我们对GaP/AlN和 AlN/GaN核壳型纳米半导体异质结构材料的制备和表征进行了初步探讨.实验结果显示,以较大粒度的GaP纳米晶为核,在外面包覆非晶态的AlN纳米微粒,可以得到较为理想的核壳型纳米材料的实验表明,粒度过小的核不容易被均匀包覆.实验结果表明,选择适宜的核材料是成功制备核壳型异质结构材料的关键因素.对通过一步合成法制备Ⅲ-Ⅴ族核壳型纳米异质结构材料还需要进一步的实验和理论研究.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章 绪论

第一节纳米材料与纳米科技

第二节半导体纳米材料的研究

第三节核壳型半导体纳米微粒的研究

第四节本论文选题依据

第五节本文主要研究内容

第六节主要测试方法和仪器设备

第二章低温低压溶剂热法合成立方相氮化铝纳米晶

第一节实验思路设计

第二节立方相氮化铝纳米晶的制备

第三节反应温度的影响

第四节反应时间的影响

第五节不同样品洗涤方法的影响

第六节退火温度的影响

第七节退火时间的影响

第八节不同退火方法对实验的影响

第九节溶剂热反应中AIN反应机理的讨论

本章小结

第三章立方相氮化铝纳米晶对二甲苯催化性质的研究

第一节实验思路设计

第二节立方相AIN纳米晶催化性质的研究

本章小结

第四章Ⅲ-Ⅴ族核壳型半导体纳米异质结构材料的制备与性质研究初探

第一节实验思路设计

第二节GaP/AIN核壳型半导体纳米异质结构材料的制备与表征

第三节AIN/GaN核壳型半导体纳米异质结构材料的制备与表征

本章小结

第五章结论与展望

一、主要结论

二、工作展望

参考文献

博士期间发表和待发表论文

致 谢