纳米氧化物（GaO，ZnO）和硫化物（ZnS）的气相合成、结构表征及发光性能的研究

摘要

近10多年来，以碳纳米管为代表的准一维纳米新材料因其特殊的一维纳米结构(纳米管、纳米线、纳米同轴电缆、纳米带等)，呈现出一系列优异的力、光、电、声、磁、热、储氢、吸波等性质，在未来纳米器件领域中具有广阔的应用前景；成为纳米材料家族中一类引人瞩目的群体。本论文的主要内容是关于准一维纳米材料的制备和光致发光性能的研究。我们选择了最常用的热蒸发方法，因为与其他的制备方法相比，热蒸发法具有简单、可控性强、产物简单和晶体质量高、实用范围广的优点。本论文主要包括以下几个内容： 1．Ga<,2>O<,3>纳米晶须的制备、表征以及发光性能的研究。 采用简单的热蒸发方法和普通的Si(111)做衬底，制备出大量的具有单晶结构的Ga<,2>O<,3>纳米晶须，这些纳米晶须的直径一般在100-400nm，且均具有光滑的表面，另外还有大量的纳米片存在，分析可能由于炉内密封性能的欠缺和残余氧气的存在，造成低氧过饱和度的条件，从而形成这种晶须结构和片结构共存的形貌。由于在场发射扫描电子显微镜(SEM)图和透射电子显微镜(TEM)图中都没有发现产物顶部有催化剂颗粒的存在，因此我们认为这些Ga<,2>O<,3>纳米结构的生长是遵循VS生长机制的。在室温光致发光光谱(PL)中，观察到在467nm处的一个蓝光峰和在520nm处的一个绿光峰。其中467nm处的蓝光峰来自于氧空位和镓．氧空位对，520nm处的绿光峰则是与不同的再结合机制的缺陷水平有关。 2．ZnS/SiO<,2>同轴纳米电缆的合成、表征与发光特性。 利用ZnS粉(纯度为99.999％)和SiO粉的混合物，通过简单的热蒸发方法成功合成了ZnS/SiO<,2>同轴纳米电缆。其中ZnS芯具有典型的立方闪锌矿结构并有大量孪晶和层错的出现，而外面包裹的SiO<,2>外壳则为非晶态。根据ZnS和SiO蒸发温度的不同以及产物的结构特点，我们认为首先形成的是ZnS芯，然后以形成的ZnS芯为模板形成外面的SiO<,2>非晶外壳。最后在室温测得的PL谱经过拟合可以得到四个发光峰，548nm、614nm、649nm和670nm。这些发光峰主要是由于结构中自活动中心、氧空位和空隙以及成分的不均匀而导致的。 3．ZnO微米梳的合成和结构表征。 纳米梳是分等级纳米结构的一个很好的例子，可以应用于纳米支架。我们用简单的热蒸发方法，使用纯度为99.999％的Zn．粉在没有添加催化剂的条件下合成了具有纯六方纤锌矿结构的ZnO梳状纳米结构，并用VS机制辅以示意图解释了这种分级结构的生长。所得的梳柄是呈片状，沿[110]方向生长，宽度大约在3μm左右，长度可达几十微米；外延的梳齿呈带状，沿[001]方向生长，在梳柄的一侧较均匀的分布，从梳柄中外延出来的时候基本上都是垂直于梳柄的，靠近梳柄出的宽度在大约在200nm，梳子端部的宽度在30nm-80nm之间，整个梳齿长约几微米。

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文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2纳米材料的概念和分类

1.2.1纳米材料的定义

1.2.2纳米材料的分类

1.3纳米材料的基本特性

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宏观量子隧道效应

1.3.5库伦堵塞与量子隧穿

1.3.6介电限域效应

1.4准一维纳米材料的分类

1.5准一维纳米材料的制备方法

1.5.1气相法

1.5.2液相法

1.5.3模板法

1.6.准一维纳米材料的研究的发展趋势和特性及应用

1.6.1准一维纳米材料的研究的发展趋势

1.6.2准一维纳米材料的特性及应用

1.7本论文的选题背景与研究内容

第二章实验装置、原理、操作规程以及样品的表征

2.1实验装置简介

2.1.1试验设备简介：

2.1.2实验装置示意图

2.2实验原理

2.3实验操作规程

2.4注意事项

2.5实验样品的表征方法

2.5.1形貌分析

2.5.2成分分析

2.5.3物性分析

2.6本章小结

第三章Ga2O3纳米晶须的制备、表征及发光性能的研究

3.1引言

3.2实验过程

3.3结果与讨论

3.3.1产物的形貌

3.3.2 Ga2O3纳米晶须的结构与成分

3.3.3 Ga2O3纳米晶须的生长机制

3.3.4 Ga2O3纳米晶须的光致发光性能

3.4本章小结

第四章ZnS/SiO2同轴纳米电缆的合成、表征与发光特性

4.1引言

4.2实验过程

4.3结果与讨论

4.3.1 ZnS/SiO2同轴纳米电缆的形貌

4.3.2 ZnS/SiO2同轴纳米电缆的结构与成分

4.3.3 ZnS/SiO2同轴纳米电缆的生长机制

4.3.4 ZnS/SiO2同轴纳米电缆的光致发光性能

4.4本章小结

第五章ZnO微米梳的合成和结构表征

5.1引言

5.2实验过程

5.3结果与讨论

5.3.1 ZnO微米梳结构的形貌

5.3.2 ZnO微米梳的结构和成分

5.3.3 ZnO微米梳结构的生长机制

5.4本章小结

全文总结与前景展望

参考文献

硕士期间发表的论文