铋、铅及其合金纳米线在焦耳自加热过程中的熔化行为

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1、分类号：430．4040密级：天津理工大学研究生学位论文铋、铅及其合金纳米线在焦耳自加热过程中的熔化行为(申请硕士学位)学科专业：材料物理与化学研究方向：纳米材料与纳米技术作者姓名：何朝成指导教师：王学伟副教授2014年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’SDegreeTheMeltingBehaviorofBi，PbandBiPbAlloyNanowiresintheProcessofJouleSelf-Hea

2、tingByZhao—chengHeSupervisorProf．Xue-weiWangJanuary,2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得一墨逮墨兰太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名彳字日期：≯l甲年弓月弓日学位论文版权使用授权书本学位论文作

3、者完全了解墨盗堡兰盘至有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨生墨兰盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)⋯⋯签名绎峨}一：形签字日期：知t丫年≥月了日签字日期：卅绛弓月摘要随着电子器件的小型化，对组成器件的元件也提出了更高的要求，而纳电子元件由于具有较小的体积和优异的电学特性成为人们关注的焦点。其中，一维金属纳米材料，特别是金

4、属纳米线作为纳电子器件的重要组成部分，不仅具有连接功能而且还具有特殊的电学特性。然而，在器件的使用过程中，由于焦耳加热金属纳米线势必会产生一定的热量，可能导致其自身的熔化甚至熔断，从而影响器件的正常工作。本课题旨在模拟金属纳米线在纳电子器件中的电路环境，将模板法制备的铋、铅及其合金纳米线阵列放置在特定的电路中，根据焦耳加热实现其纳米线阵列自身的熔化，并且由此过程分析其电阻的变化，从而反映出纳米线阵列的熔化行为，随后再使用多种表征手段对其进行形态演变的观察，主要的工作内容如下：首先，采用氧化铝模板法

5、成功制备出了铋、铅及其合金纳米线阵列，并使用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等多种表征方法对纳米线阵列实验前后的形貌和结构进行观察和分析；其次，研究了金属纳米线在一次焦耳自加热过程中的熔化行为。先采用快速测量的方法判断出铋、铅纳米线阵列的起始熔化电压，大约在20V～30V之间，再对其纳米线阵列固定40V的电压并长时间加热，最终得出其R-t曲线。结果表明：铋和铅纳米线阵列在一次电压为40V的焦耳自加热过程中熔化都比较彻底，其电阻随着时间的推移先快速增加再缓慢增加，直到达到吸热和放热的

6、动态平衡，电阻在很小的范围内上下波动。随后，在以每次增加5V并保持5分钟直到60V的增压过程中，铋纳米线在增加电压的瞬间表现出了电阻的先下降后增加，而铅纳米线则不会出现这种现象，这可能与铋的半金属特性以及铋金属团簇的分解有很大的关系；最后，探索了同一样品进行多次焦耳自加热的熔化行为。研究的表明：在铋纳米线的每次加热过程中，其电阻的变化趋势类似，每次增加电压都会出现团簇分解的现象：而铅纳米线阵列的二三次加热过程类似，但不同于一次的加热过程；结合TEM分析得出：铋纳米线会随着加热次数的增加出现颗粒细化

7、的现象，而铅纳米线在一次加热颗粒化后表现的细化现象不明显，铋铅合金纳米线的情况介于两者之间。关键词：氧化铝模板：金属纳米线；焦耳自加热；熔化；颗粒细化AbstractAstheminiaturizationofelectronicdevices，theresearchersalsoputforwardhigherrequirementsforthecomponentsthatmakeupthedevices，andthenanoelectroniccomponents、历也smallvolumea

8、ndexcellentelectricalpropertieshavebecomethefocusofattention．Amongthem，theone—dimensionalmetalnanornaterials，especiallythemetalnanowires，arebecominganimportantpartofelectronicdevices，whichhavenotonlythefunctionofconnectionbutalsothespecialelec