准一维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近年来，准一维纳米材料及其各种结构由于其新颖的物理、化学性质以及在许多领域所展示的潜在的重要应用前景己成为当今纳米材料的前沿和热点。本文采用金属镓催化的方法制备非晶氧化硅纳米管，利用气相法制备了氧化镓纳米结构，以及通过在氨气的气氛中获得GaN纳米线。利用扫描电镜(SEM)，X射线衍射(XRDl、透射电镜(TEM&HRTEM)、X射线能量分散谱仪(EDS)以及光致发光等分析测试手段，对所合成的准一维纳米材料的形貌、成分、结构以及物性进行了研究，分析了不同形貌纳米结构的形成原因和生

2、长机制，进一步探讨了它们的生长条件和影响因素。以下是本文的主要内容和结论：1．氧化硅纳米管的合成和发光性能的研究利用金属镓为媒介，我们通过热蒸发法成功合成出大量氧化硅纳米管状结构。这些纳米管的表面光滑，线径均匀，平均直径约为70．100nm。通过EDS的分析表明，产物中的Si／O约为2／3。进一步的SEM，TEM测试发现这些管状结构的内径很小，但管壁却很厚。我们认为这主要是因为硅在镓液滴中的浓度梯度导致镓液滴表面顶端没有氧化硅析出，从而形成管状结构。室温光致发光谱表明所合成的SiOx纳米管在453nm处有一个高能量的发光峰，在这

3、个主峰的两侧分别位于410nm和480nm处还有两个肩峰。2．热蒸发法合成Ga203纳米结构的研究在氨气的气氛下，我们成功的合成了各种不同形貌的氧化镓微纳米结构。对产物进行了XRD、SEM、HRTEM的测试，表明所合成的纳米结构具有良好的单晶结构，而且不同温区的结构形貌呈规律性变化。在温度高的区域，出现的是一些粗大的块状结构，而在温度较低的区域，出现的是一些较细的纳米线和纳米片状结构。因此我们认为在这些微纳米结构的生长过程中，温度场起着决定性的作用。在所合成的样品中，还发现一些新奇的螺旋状纳米带和树枝状纳米管。其形成大概与生长过

4、程中所产生的一些缺陷和晶体的二次形核有关。在室温光致发光谱中，只观察到一个强而宽的发光带，中心位于510nm处，属于绿光区，是由氧空位和镓氧空位对的复合辐射发光引起的。3．自催化和镍催化合成GaN纳米线以及不同条件对产物影响我们成功的在LaAl03衬底和单晶硅衬底上利用两种不同的生长机制获得了大量的高质量的GaN纳米线。Gab／纳米线是通过两种机制形核生长的，在有镍分布区域是镍催化VLS生长机制；在无镍区域是液相外延自催化VLS生长机制。从实验中可以看出后者形成的GaN纳米线要比前者少很多，可见液相外延生长的条件较为苛刻。此外我

5、们还分析了不同的条件对GaN纳米线生长的影响，这其中包括催化剂的选择，反应腔的气密性，温度，腔压，载流气流量和衬底的选择等。关键词：纳米线，纳米管，VLS生长机制，热蒸发，光致发光Vapor-phaseSynthesis，CharacterizationandPhotolumineseeneePropertiesofQuasi·-one··dimensionalNanomaterialsAbstraetRecently，quasi—onedimensionalnanoscalematerials，suchasnanotube，n

6、anowireandnanobelt，havereceivedconsiderableattentionsduetonotonlytheirnovelphysicalandchemicalpropertiescomparedwiththoseoftheirbulkcounterparts，butalsotheirpotentialapplicationsinthefieldsofelectronic，magneticrecording，optoelectronicandsoon，therefore，itbecomethefron

7、tierandfocusofnano-materialsInthispaper，severalquasi—onedimensionalnanoscalematerials(silicananotube，galliumoxidenanostructuresandgalliumnitridenanowirearrays)havebeenpreparedandtheirphysicspropertiesandgrowthmechanismhadalsobeenstudied．Themainresultsandconclusionsca

8、nbesummarizedasfollowing：1．ResearchonsynthesisandphotoluminescencepropertiesofsilicananotubeWithliquidGaasmedium，largequantitiesofs