不同形貌sic一维纳米材料的合成、机理及性能研究

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1、青岛科技大学研究生学位论文不同形貌SiC一维纳米材料的合成、机理及性能研究摘要近年来宽带隙半导体SiC一维纳米材料已经引起了人们极大的研究兴趣，成为低维材料科学领域的重要研究热点之一。这些SiC一维纳米材料由于自身独特的形貌特征及优异的性能使其在光、电、磁以及力学等方面具备广泛的应用前景。本文详细研究了采用化学气相反应法合成不同形貌SiC一维纳米材料的工艺条件以及产物的微观形貌、显微结构、生长机理，初步探索了链状SiC一维纳米结构的拉曼光谱及荧光光谱特性。主要结论如下：选用球磨处理的Si．Si02混合粉体及高纯CI-h为反

2、应物，以自制石墨模具作为反应室，在立式真空可控气氛炉中通过一系列反应，分别以硝酸铁和硝酸镍为催化剂，在石墨基片上成功制备出高质量的13-SIC纳米棒和纳米线。分析表明：所得产物纯度高且形貌均一，直径尺寸均匀，表面光滑无非晶氧化物包覆，为立方结构的13-SIC晶体，生长轴向为『1111方向。针对p-sic纳米棒和纳米线分别提出了可能的生长机理：Fe催化条件下，由于Fe．C．Si三元合金体系随着组成成分浓度的变化而发生相变，SiC纳米棒通过周期性的气．液．固(PERIODIC．VLS)生长机制形成；Ni催化条件下，由于Ni—C

3、．Si合金体系无相变过程发生，SiC纳米线通过连续性的气．液．固(CONTINUOUS．VLS)生长机制形成。无模板空间限域，无催化剂辅助生长条件下，于石墨基片上成功制各出周期复合型SiC／Si02纳米链。采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)和高分辨透射电镜(腿TEM)等对产物进行了系统表征，结果表明：产物纯度较高，具有两相复合的链状形貌，芯部为立方晶体结构的13-SIC纳米线，直径约20．30nlil，内部有大量的晶体缺陷存在，其生长方向为[1111

4、方向，外部为周期包覆的非晶Si02纳米球，球的直径约100mn。提出了两个阶段的气．固(VS)生长机制对该产物的形成过程进行了较详细的讨论。初步探索了该周期复合型SiC／Si02纳米链的拉曼光谱和荧光光谱特性，发现其不同于块体材料的优异光学性能。通过调整和控制化学气相反应过程中的气压条件，无模板限域且无催化剂辅助条件下，在石墨基片上成功制备出螺旋及准螺旋SiC／Si02同轴纳米电缆，分析结果表明：产物具有典型的核．壳双层结构，芯部是D-SiC纳米线，外部是非晶体Si02包覆层，纳米电缆的直径30．50rim，外观呈现出典型

5、的螺旋形貌，螺旋直径不同形貌SiC一维纳米材料的合成、机理及性能研究约100．150nto，长达十几微米。讨论了产物的生长过程：在芯部纳米线的生长过程中，SiC晶体的结构基元Si．C4在堆垛生长过程中，由于反应气压的持续增大使其水平错动位移随之增大，运动轨迹为螺旋形，从而生成外观轮廓为螺旋状的SiC纳米线，随后残余的SiO气体在冷却过程中均匀地包覆于纳米线的外部形成同轴纳米电缆。采用电化学氧化法处理铝基片得到了具有纳米级孔径的高质量多孔阵列均匀分布的舢203薄片，并以此为辅助模板通过简单化学气相反应法成功制备出形状非常规则

6、的SiC纳米链，链部直径尺寸约30nto，链间纳米线的直径约10．15am，产物长达数十微米，为立方晶型的p-SiC，轴线方向【111】方向。由于多孔模板的存在，通气反应过程中，形成以孔为中心呈阵列分布的碳气体浓度梯度，造成SiC晶体的气．固生长速度随之波动，最终导致直径波动变化的SiC纳米链形成。初步探索了该纳米链产物的拉曼光谱和荧光光谱特性，同样发现其不同于块体材料的优异光学性能。关键词：不同形貌碳化硅一维纳米材料化学气相反应显微结构生长机理光学特性Ⅱ青岛科技大学研究生学位论文SYNTHESIS，GROWTHMECHA

7、NISMSANDPROPERTIESOFDIFFERENTMoRPHOLOGICAL1DSiCNANoM喳LTERIAI。SABSTRACTOverthepastyears，丽debandgapsemiconductorofSiCone—dimensionalnanomatefialshavebeenattractedgreatinterestsduetotheirdistinctivemorphologies，novelpropertiesandthegreatpotentialapplicationintheoptic

8、al，electrical，magneticandmechanicalfield．Inthispaper,theprocess，morphology，micro-structureandgrowthmechanismofdifferentmorphologicalSiC1Dnanomatefialsvi