过渡金属纳米半导体材料之液相合成、特性和潜在应用研究

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1、过渡金属纳米半导体材料之液相合成、特性和潜在应用研究第一章纳米半导体材料旳合成及应用研究概况1.1引言随着科学技术的发展以及人类对生活越来越高的要求，从二十世纪七十年代开始，科学技术已经从探索、控制和利用大量微观粒子的时代慢慢进入一个新的技术时代。[1]在这个时代之中，单个微观粒子成为人类视野的主要关注对象，而研究、控制和利用单个微观粒子来发展社会的新技术便是纳米科学技术。作为一门应用科学技术，其目的在于研究尺度空间为1-lOOnin范围内的物质（纳米材料），包括纳米材料的组成、表征、特性、研究的设计方案以及重要的应用价值，从而

2、创造出更多有趣的物质。随着技术发展的日趋成熟，它以最快的速度演变成人类迫切需要的尖端科技，并利用材料在纳米尺度下所独具的量子限域和表面效应，结合现代科学与现代技术，根据纳米材料的应用范围而引发出一系列新型的应用技术学科，如纳米体系的物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学和纳米医学等等。[2]随着纳米科学技术在各个领域的飞速发展，它对国家未来的经济、社会生活保障和国防安定都已经具有非常重要的影响力，因此世界各国各地都己经纷纷将纳米技术作为各自国内科学技术创新的主要驱动力。为了推动各自国内纳米科技的发展，世界上目前已有

3、很多国家相继制订了国家级的纳米技术计划。例如，美国于2000年率先制定国家级纳米技术计划，带领各国进入纳米科技时代；日本将纳米技术视为日本经济复兴的关键，不断鼓动其国内科研工加快纳米技术的脚步；欧盟多个国家也在2002-2007年间实施的第六个框架计划中提出了对纳米科技的相当多的重视，而且多数欧盟国家都已相继制定了各自国内的纳米技术计划。纳米科技受到世界的极大青睐，作为其发展的重要基础，纳米材料的研究和发展起着非常重要且不容忽视的作用。当材料尺度范围（空间三维尺度中至少有一维）在纳米量级尤其是在100mn左右，材料会表现出不同宏

4、观材料的许多性质，如量子尺寸效应和表面效应等等，这些新的性质和现象无法用传统的宏观理论及其模型来解释清楚，对于具有这些特殊效应和性质的材料，就被称为纳米材料。自然界中存在着纳米材料，如荷叶的斥水叶面、扇贝的层状结构和脚蛛的凝水网丝等等，然而当人们在深度研究之后，对纳米材料才有所了解，并开始进行人工合成和研制。如二十世纪三十年代，日本在军事实验中首次制成第一批超微铅粉，但可惜其光吸收性能很不稳定；在六十年代，Uyeda用气体蒸发冷凝法制备了金属的纳米粒子，并对其进行电子衍射方面的研究；到八十年代，Gleiter利用高真空条件将纳米

5、量级的铁粒子烧结成纳米的微晶块，由此纳米材料进入了一个新的阶段。从七十年代开始，科研工将对纳米材料的研究可以分为三个阶段，它们分别发生在1990年以前，1990年至1994年之间，以及1994年至今。每个阶段对应着不同的研究内容，如第一个阶段主要是探索纳米晶或纳米相材料不同于普通块体材料的特殊性能；第二阶段所关注的是设计出具有新物理和化学性能的复合纳米材料；在第三个阶段中，纳米的组装体系和具有纳米尺度的图案材料成为世界科学研究的新热点。据此，总结纳米材料的分类，按照不同的界定，其种类有很多。例如按照尺度维数可以分为：0维、1维和

6、2维的纳米材料。根据材料的组分有：纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米高分子和纳米复合材料之分。按材料的物性有：纳米半导体材料、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等之分。按材料所属的应用范围可以分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料和纳米储能材料等。最后按照材料天然属性，可以分为自然纳米材料和人工纳米材料。第二章超长三钼酸银纳米线：合成、相变、稳定性及其光催化、光学和电学特性摘要本章主要介绍的是通过简单易操作的水热反应，不使用任何结构诱导剂和表面活性剂而合成出的超长一

7、维三钼酸银纳米线半导体。我们报道了此纳米线的半导体带隙为2.8eV,并研究了此纳米线受热后的相变过程及在氤灯光照作用下的稳定性。结果表明光照作用下，大量分散的Ag纳米颗粒能够在纳米线的一维骨架上原位析出，并且我们研究了析出前后纳米线的光催化及光学方面的性质。它的光催化、发光及表面增强拉曼（SERS)的性质研究说明这些通过光照载有Ag纳米颗粒的纳米线半导体可以作为一种新型的光催化剂，发光材料，并且可以潜在应用于SERS衬底。我们对单根纳米线在电压从-5V到5V之间变化的电导测试显示了其非线性但是具有对称性的电流-电压（/-