特殊纳米结构的合成及其发光性质研究

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1、特殊纳米结构的合成及其发光性质研究’摘要近年来，准一维纳米材料由于其新颖的物理、化学性质以及在许多领域所展示的重要应用前景己成为当今纳米材料的前沿和热点。简单的一维纳米结构在其制备、形貌控制及物理性质等方面的研究已经趋于成熟，但是具有特殊结构的准一维纳米材料的可控合成尤其在物性方面的研究仍是一个很大的挑战。因为特殊结构的纳米材料是研究电、光、磁、热和气敏等物理性质尺寸与维度依赖的理想体系，而且可以作为连接与功能组元，在“由下至上”设计与构建新一代电子、光电器件中发挥不可替代的作用。本文以超细分等级树状ZnS纳米结构、z字形Sn02和SrtO纳米

2、线和特殊ZnO纳米结构为主要研究对象，围绕这些特殊纳米结构的合成、生长机制和光致发光性质，我们做了一系列的研究，主要研究工作及结果如下：1．自组装超细分等级ZnS树状纳米结构在H2的气氛下，我们用热蒸发技术成功的制备了超细分等级ZnS树状纳米结构，利用场发射扫描电子显微镜(FE—SEM)和高分辨率透射电子显微镜(}玎lTEM)分析其形貌和微观结构。研究结果表明树状的纳米结构是从微米片和底层排列整齐的亚微米线上生长出来的，这是一个自发的自组装的过程。由于在整个制备过程中没有催化剂的引入，所以我们认为这种树状纳米结构是vS(气一固)机制生长的。纳米

3、晶粒的尺寸和形状的同时控制加之在某一特定的晶面上生长分等级的纳米结构开辟了一个合成奇特纳米结构的新途径，这种树状的纳米结构可以作为高效率的空间光子探测器的组块。2．Z字形Sn02和SnO纳米线的生长机制和光致发光性能的研究我们用气相合成的方法在没有添加催化剂的条件下，通过蒸发SnO粉末和C粉，在普通Si衬底上得到了Z字形Sn02纳米线。产物的结构、形貌和光致发光性质分别用X射线衍射(ⅪRD)、FE—SEM、透射电子显微镜(TEM)、HRTEM和光致发光光谱仪(PL)进行了测试分析。结果表明，Z字形Sn02和SnO纳米线都是四方结构的。不同之处，

4、Z字形Sn02纳米线是不规则的，相邻两段纳米线的长度、截面形状和夹角不是完全相同的。而SnO纳米线有着规则的形貌，在整个结构中相邻两段纳米线的直径和夹角几乎完全相等。室温下此合成产物的光致发光光谱显示有两个峰，一个在380nm(3．26eV)，另一个强峰在580nm(2．14ev)。这种新颖的Z形Sn02和SnO纳米线在化学、光学、电子、机械、特别是气敏元件等领域都有着很大的应用前景。3．温度对Z,nO纳米结构形貌的影响及光致发光性质的研究在1100℃条件下，通过热蒸发摩尔比大约为3：1：1的高纯的ZnO粉末、b203粉末和碳粉的混合物，在si

5、衬底上得到了不同的ZnO纳米结构：纳米片阵列、纳米锥阵列、纳米棒阵列、六角纳米结构和纳米钉阵列。利用Ⅺ①、FE-SEM、EDS、PL测试手段对产物的结构、形貌和光致发光性质进行了分析。分析发现温度对产物形貌的影响主要体现在：温度高的区域蒸汽压高，在反应的开始阶段就在Si衬底上形成了一层缓冲层，缓冲层晶粒的大小直接决定了产物的形貌大小(纳米棒的直径等)。这个区域的纳米结构都是以缓冲层为模板同质外延生长出来的，形成的纳米结构都有着一致的取向，易于形成纳米阵列体系；在温度低的区域蒸汽压也较低，随着反应进行只在si衬底上形成了一些Zn的小液滴，Zn液滴

6、的大小决定纳米棒的直径，在生长的过程中由于载流气、催化剂液滴大小的变化、催化剂位置的不同等影响因素，直接导致了产物形貌的变化。对于产物的形貌，类In-M03(ZnO)。(M=In，n为整数)化合物起到了非常重要的作用，其原因还有待迸一步研究证实。室温光致发光测量表明：产物都在380nm波长处有一个紫外发光峰，还有分别在496nm和492nm波长处有一个绿光峰，而且缺陷蜂强度较大，可能源于单离化氧空位、氧反位和表面缺陷等。关键词：热蒸发；自组装；纳米结构；阵列；光致发光SynthesisandPhotoluminescenceProperties

7、ofparticularNanostructuresA。bstractRencently，Quasi—one—dimensional(1D)nanomaterialshaveconsiderableattentionsduetotheirnovelphysicalandchemicalpropertiescomparedwiththoseoftheirbulkcounterparts．ItstillremainsasignificantchallengetOachievecontrolledsynthesisofquais—one—dimens

8、ional(1D)nanomaterialswithpeculiarstructures．Thesepeculiarstructuresareidea