一维钨纳米材料的制备及其生长机理研究

《一维钨纳米材料的制备及其生长机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号!Q!三UDC31博士学位论文学校代码密级10533一维钨纳米材料的制备及其生长机理研究Synthesisandgrowthmechanismofone·-dimensionaltungstennanomaterials作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：论文答辩日期王超材料科学与工程材料学粉末冶金研究院贺跃辉教授答辩委员会主席中南大学2013年6月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致

2、谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：监日期：迎年』月旦日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《

3、中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。日期：尘堕年』月旦日一维钨纳米材料的制备及其生长机理研究摘要：钨(W)是重要的功能材料和结构材料，具有熔点高、高温性能好、强度硬度高、电阻率低、电子逸出功低、热膨胀系数和蒸气压低等特点，以及优良的抗腐蚀性能，被广泛应用于国防、航空航天、电子信息、能源化工等领域。一维W纳米材料兼具金属W和一维纳米结构的双重特点，使一维W纳米材料具有更新奇的物理和化学特性。但由于W的超高熔点及超低蒸汽压，其对应一维纳米材料很难采用常规制备方法获得，因此寻求一种

4、简单、稳定、低成本、高可控性、高产量的一维W纳米材料制备方法成为研究的热点。目前，制备W纳米线的方法大多工序繁杂，反应条件苛刻，生产成本高，可控性差，从而限制了W纳米线的批量化制备及规模化应用。本文采用金属催化法制备一维W纳米材料，主要研究了一维W纳米材料的金属催化制备及其生长机理，研究的主要内容和结论如下：(1)通过磁控溅射法和化学法在Si02基片表面制备得到大规模、分散性良好、粒径分布较为均匀的Ni纳米催化颗粒，采用金属催化低温气相沉积的方法在基片上成功合成了W单晶纳米线阵列。研究结果表明，金属

5、催化法同样适合于一维金属纳米材料的制备，这为实现金属纳米线阵列的可控制备提供一种新方法。(2)对Ni催化气相沉积制备W纳米线的生长机理进行研究，研究发现在W纳米线的生长过程中顶端有Ni4W的固态催化颗粒，提出了顶端气．固．固(VSS)催化机制。这种VSS催化机制可以实现金属纳米线的可控制备，有效的控制纳米线的生长位置和尺寸大小，为实现纳米器件的大规模生产和应用奠定了基础。(3)对一维W纳米结构阵列的可控制备进行系统的研究，研究结果表明：W纳米线阵列的直径主要受到催化剂和N2流量的影响，随着催化剂颗粒

6、尺寸的减小或者N2流量的减小，催化生长后W纳米线直径的尺寸也相应变小；W纳米线阵列的长度主要受到生长时间的影响，生长时间的延长会使W纳米线阵列的长度也相应的增加；W纳米线阵列的密度主要受到催化剂和WO，粉末粒径的影响，随着催化剂颗粒密度的增大或者W03粒径的减小，W纳米线阵列的密度也相应增大；W纳米线阵列的形貌主要受到生长温度和基片材料的影响，温度升高会使得W纳米线在横向的生长速率不一样，在生长初期形成倒锥形的微观形貌，在生长后期形成有规则的六边形形貌的II一维W微米管结构；同时，基片材料也是影响W

7、纳米线阵列形貌的一个重要的因素，在相同条件下，Si02基片上生成的W纳米线阵列为六方结构形貌，而W基片上生成的W纳米线阵列为四方结构形貌。因此，通过对W纳米线阵列可控制备的研究，掌握了对W纳米线阵列的规则、整齐和均一性的全局调控的能力，从而有望实现通过外场控制全局的纳米器件设计思想。(4)采用一种基于金属Ni催化气相沉积过程的方法，成功在W基片上合成了具有四方形貌的W纳米线阵列。四方W纳米线顶端呈尖状形貌，底端的宽度要明显大于纳米线的平均宽度。这种具有独特几何形貌结构的W纳米线阵列，是理想的新型场致

8、电子发射材料。论文对四方W纳米线阵列的生长条件进行研究，研究结果表明：四方W纳米线阵列的宽度直接受到Ni催化剂尺寸的影响，随着催化剂颗粒尺寸的减小，四方W纳米线阵列的宽度也逐渐减小；当生长温度在950℃时，四方W纳米线阵列的密度最大，有利于四方W纳米线的生长；随着生长时间的延长，不仅有利于四方W纳米线阵列长度的增加，还有利于形成有序稳定的四方W纳米线结构；N2流量太小或太大都不利于四方W纳米线阵列的生长，N2和H2气压会影响四方W纳米线气相生长基元的平均自由程A，流速