准一维氧化物纳米材料的气相合成、结构表征及发光性能研究

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1、准一维纳米材料的气相合成、结构表征及发光性能研究摘要准一维纳米材料，包括纳米线(棒)、纳米带、纳米管、纳米同轴电缆、异质结与超晶格纳米线，不仅是研究电、光、磁、热等基本物理性质尺寸与维度依赖的理想体系。而且还可以作为连接与功能组元在“自下而上”设计与构建新一代电子、光电器件中发挥着不可替代的作用。目前有关准一维纳米材料的研究已经成为纳米材料科学领域的重要课题之一。气相法合成纳米材料，由于具有简单、可控性强、产物单一并且晶体质量高、适用范围广等优点，是近年来一种颇受青睐的制备方法。通过对纳米线生长条件的控制可以合成出各种纳米线的阵列的体

2、系，而对生长气氛的调节又使得异质结与超晶格纳米线的合成成为可能。因此，本文主要采用气相法热蒸发和氧化纯的金属zn粉和Mg粉来制备准一维的纳米／微米金属氧化物，并得到一些新奇的纳米／微米结构。利用扫描电镜(SEM)、x射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及光致发光谱(PL)等分析测试手段，对所合成的准一维纳米材料及一些新奇结构的形貌、成分、结构和物性进行了研究，分析了不同形貌纳米结构的形成原因和生长机制，并对其发光机制做了进一步的分析。以下是本文的主要研究结果：1．自组装氧化镁纳米结构的生长机理及其紫外

3、发光特性通过直接热蒸发和氧化纯金属Mg粉，我们成功合成出大量枝网状的MgO纳米枝晶和较粗大的四重等级排列似蜈蚣状MgO纳米结构。产物中还发现少量四枝、八枝状MgO纳米结构。对于MgO纳米枝晶的生长，我们采用自催化气一液一N(VLS)生长结合技晶外延生长来解释其生长机理。而对于较粗大的四重等级排列似蜈蚣状MgO纳米结构，我们认为其生长主要遵循气一固(VS)生长。为了研究所制备MgO试样的发光特性，我们做了光致发光试验，并对其发光机制进行详细的讨论。在光致发光谱上，主要有两个发光峰，分别位于3．16eV(392nm)的紫外光区和2．74e

4、v(453nm)的蓝光区。这两个发光峰分别是由于F+和F心(都属于氧空位缺陷发光中心)中电子的辐射复合跃迁引起的。此外，还有一个非常微弱而且宽化的红外发光带，可能是由于原材料中引入的微量杂质引起的。2．ZnO微米带和自组装微米梳的生长机理及表征分析通过直接热蒸发和氧化纯金属zn粉，我们成功合成出大量ZnO微米带和微米梳结构，他们具有六角纤锌矿型晶体结构，尺寸在微米尺度范围内。通过分析SEM、HRTEM照片和SAED谱。我们对这些微米带和微米梳的形成机理进行了详细讨论。ZnO微米带和微米梳梳柄的形成主要遵循气一圃生长，而微米梳梳齿的形成

5、则是通过平行于(000J)极性面的小晶面外延生长形成的，而不是通过在带状梳柄上重新形核生长的VLS生长而形成的。本试验中还发现了少量非常奇特的孪生微米梳结构，这种结构的形成可能与ZnO晶体中存在的挛晶缺陷有关。为了研究该ZnO试样的发光特性，我们做了光致发光试验。我们认为光致发光谱上出现的中心位于507nm处的绿光带主要是由氧空位缺陷发光中心引起的。本试验中所合成的ZnO微米梳结构，以自组装的方式，将等径、等长的纳米棒沿梳柄方向等间隔的均匀排列，很可能为衍射光栅的制作开辟一条简单便捷的新路。关键词：热蒸发和氧化、纳米枝晶、微米带、微米

6、梳、自催化VLS生长、外延生长、光致发光、氧空位Vapor-phaseSynthesis，CharacterizationandPhotoluminesceneePropertiesofQuasi·-one--dimensionaloxideNanomaterialsAbstractQuasi-one—dimensional(1D)nanomaterials，includingnanowires(rods)，nanobelts，nanotubes，nanocables，heterojunctionandsuperlatticenano

7、wires，areidealsystemsforinvestigatingthedependenceofelectricaltransport，opticalproperties，magneticproperties，andmechanicalpropertiesonsizeanddimensionality．Inaddition，theyareexpectedtoplayanimportantroleasinterconnectsandfunctionalcomponentsinthe“bottomup”designandfabri

8、cationofnewelectronicandoptoelectronicdevices．Nowtheresearchofthe1Dnanomaterialshasalreadybecomeoneoftheimport