生长温度对热蒸发法制备ZnO纳米线的结构与发光性能影响

采用无金属催化剂的简单热蒸发法,在Si(100)衬底上不同生长温度下成功地制备了高密度和大长径比的单晶ZnO纳米线。分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、透射电子显微镜(TEM)及荧光光谱仪表征样品的结构和发光性质。XRD和TEM研究表明,所制备的样品为沿C轴择优取向生长的单晶ZnO纳米线,具有六方纤锌矿结构。SEM和TEM研究表明,生长温度对ZnO纳米线的形貌及长径比的影响较大。当生长温度为700℃时,制备得到长径比为300(长度约为15μm,直径约为50nm)的ZnO纳米线。低于600℃时,形成花状ZnO纳米锥或 纳 米 棒。高 于700℃时,形 成 小 长 径 比 的ZnO纳米棒。此外,室温光致发光(PL)谱上出现一个强而尖锐的紫外发射峰以及一个弱而宽泛的蓝光发射峰。采用的热蒸发法制备ZnO纳米线基于气-固(VS)生长机理且该生长方法可用于大规模、低成本制备高纯度的单晶ZnO纳米材料。     

生长温度对热蒸发法制备ZnO纳米线的结构与发光性能影响

采用无金属催化剂的简单热蒸发法,在Si(100)衬底上不同生长温度下成功地制备了高密度和大长径比的单晶ZnO纳米线。分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、透射电子显微镜(TEM)及荧光光谱仪表征样品的结构和发光性质。XRD和TEM研究表明,所制备的样品为沿c轴择优取向生长的单晶ZnO纳米线,具有六方纤锌矿结构。SEM和TEM研究表明,生长温度对ZnO纳米线的形貌及长径比的影响较大。当生长温度为700℃时,制备得到长径比为300(长度约为15μm,直径约为50nm)的ZnO纳米线;低于600℃时,形成花状ZnO纳米锥或纳米棒;高于700℃时,形成小长径比的ZnO纳米棒。此外,室温光致发光(PL)谱上出现一个强而尖锐的紫外发射峰以及一个弱而宽泛的蓝光发射峰。采用的热蒸发法制备ZnO纳米线基于气-固(VS)生长机理且该生长方法可用于大规模、低成本制备高纯度的单晶ZnO纳米材料。     

反应源温度对ZnO纳米线阵列定向性及发光性能的影响

以Au薄膜为催化剂、ZnO与碳混合粉末为反应源,采用碳热还原法在单晶Si衬底上制备了ZnO纳米线阵列.通过扫描电子显微镜( SEM)、X射线衍射仪(XRD)、荧光分光光度计对样品的表征,研究了反应源温度对ZnO纳米线阵列的定向性和光致发光性能的影响.样品在源温度920℃条件下沿(002)方向择优生长,定向性最好,温度过低不利于ZnO纳米线阵列密集生长,而温度过高导致Zn原子二次蒸发,因而也不利于纳米线阵列的定向和择优生长;样品在源温度880℃有最强的近紫外带边发射,表明温度过高和过低都不利于ZnO晶体结构的优化;由于ZnO纳米线在缺氧氛围下生长,氧空位是缺陷存在的主要形式,因此所有样品都有较强的绿光发射.温度升高导致纳米线生长速度提高而增加了氧空位缺陷数量,从而使样品绿峰强度增强并在源温度920℃时达最大值,但温度的进一步升高可导致ZnO纳米线表面Zn元素的蒸发而降低氧空位缺陷的数量,从而抑制绿峰强度.     

外加电场对硅纳米线生长影响的研究

主要介绍用物理热蒸发法制备硅纳米线阵列,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析仪(EDX)和透射电子显微镜(TEM)观察硅纳米线的形貌,分析其化学成分及晶体结构,研究非晶硅纳米线在外加电场下的生长过程,讨论外加电场对非晶硅纳米线定向排列生长的影响以及铜粉在其中起的作用.     

硅纳米线的制备及其生长条件探究

Si纳米材料自问世以来便受到研究者的重视，其不同于宏观块体材料的特殊性质可使其应用于各个领域。如何制备形貌较好且具有良好光电性能的纳米材料是在纳米材料应用前必须解决的问题。以Ni膜作为催化剂直接在Si衬底上制备了密集的Si纳米线，获得了Si纳米线较强的蓝紫波段的发光，研究了退火温度、退火气氛N₂流速、Si膜厚度等制备条件对Si纳米线形貌、光致发光强度的影响，并讨论了双层膜制备Si纳米线形成和生长机理。实验结果显示，退火温度、N₂流速对Si纳米线的生长起到关键性的作用，N₂流速能够影响Si纳米线的光致发光强度，且较大的N₂流速能够使Si纳米线定向生长。而在Ni膜催化剂上预沉积一层适当厚度的Si膜也有助于Si纳米线的生长，且有效改善了Si纳米线的光致发光强度。     

Ge纳米点/Si纳米线复合结构制备及微结构特征分析

结合金属纳米颗粒辅助化学刻蚀法制备Si纳米线和低压化学气相外延自组织生长Ge纳米点制备了Ge纳米点/Si纳米线复合结构,采用电子显微镜、微区原子力/拉曼联合测试系统进行了微结构表征。Ge纳米点基本均匀地分布于Si纳米线上,通过改变生长参数可有效控制Ge纳米点的尺寸和密度。在非常扁薄的无支撑的纳米点/线复合结构中,由于应力和热效应的作用使Si和Ge的拉曼散射特征峰发生了较大的红移。     

SiO2纳米颗粒复合Bi2Te3纳米线阵列的制备

为结合一维纳米材料和纳米颗粒复合材料的优点,本文尝试进行了在氧化铝模板(AAO)中生长Bi2Te3-Si O2纳米颗粒复合纳米线阵列。通过在电化学溶液中添加Si O2纳米颗粒,制备包含纳米颗粒的Bi-Te纳米线阵列。应用XRD、SEM、TEM等方法对合成的样品进行了分析观察。研究发现Si O2纳米颗粒的加入对纳米线的形貌和结构都有明显的影响。在模板法沉积Bi2Te3纳米线阵列时,添加Si O2纳米颗粒将明显改变纳米线生长方式,Bi2Te3纳米线不再是等径的纳米棒,而是枝晶生长过程,最后形成Z字型的不断反复弯折纳米线,该枝晶状纳米线的直径远小于模板的孔径。这一新颖的现象为制备直径更小,并具备精细界面结构的纳米线热电材料提供了一种新的可能途径。     

基于气-液-固模式的Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线的生长研究概述

Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线由于具有独特的性能、丰富的科学内涵而被广泛应用于微机电、光电子、光伏电、传感等方面,并在未来纳米结构器件中占有重要的战略地位,近年来引起了人们极大的兴趣和关注。探索Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线新的结构调控手段,研究具有重要应用价值的Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线的可控生长方法和技术,从而获得可应用于器件和功能实现的高质量Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线是目前各研究组的主要目标。基于气-液-固模式的纳米线生长方法具有对纳米线形貌及晶体质量可控的优点,成为当前制备高质量Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线的主要生长技术。催化辅助生长是一种有金属催化剂参与的纳米线生长方式,它可以有效降低反应物裂解能量、提高材料成核质量、控制材料生长方向、提高反应效率、稳定材料晶体结构。自催化生长是指在纳米线生长过程中不添加其他物质作为催化剂,而由反应物自身起催化作用的生长。由于自催化生长在反应过程中未引入其他物质,所以生成物纯度较高。Ⅲ-Ⅴ族异质结构半导体纳米线常具有两种半导体各自不能达到的优良光电特性,其又可划分为纵向异质结构和横向异质结构。Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线除了可以在与其自身材料相同的基底表面上生长之外,还可在与其材料不同的基底表面上生长,即在异质基底表面生长。异质基底生长在材料兼容、光电集成等方面具有十分广阔的应用前景。本文对基于气-液-固模式的Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线的生长进行了综述,并对近些年基于催化辅助和自催化的纵向异质结构、横向异质结构以及异质基底的成长研究现状进行了总结,为推动Ⅲ-Ⅴ族一维半导体纳米线制备技术的发展提供了参考依据。     

基板材质对TeO_2纳米线微观结构的影响

以金属碲粉为原料,在450℃温度下采用热蒸发法制备TeO_2纳米线,考察了不同基板材质对TeO_2纳米线结构和形貌的影响。研究结果表明,在镀金玻璃(glass)基板和Si基板上均可以获得结晶好、长径比高、产量大的TeO_2纳米线,在未镀金和镀金Al2O3基板上可以获得TeO_2纳米线,但产物的长径比和形貌相对较差,而在未镀金glass基板和Si基板上获得的则是TeO_2微米级颗粒。TeO_2纳米线通过气-固生长机制生长,Au颗粒只是起到加速TeO_2纳米线生长的作用。     

二氧化锡纳米线的生长机理研究

使用水平石英管式电炉，以二氧化锡和石墨的混合物为原材料、高纯氮气为载气，在850℃温度下用直接热蒸发法制备二氧化锡纳米线．衬底硅片的直径为10mm，其上覆盖一层5nm厚的金催化剂．原材料放在石英舟中，离原材料30mm的下风口处放置硅衬底，原材料和硅衬底都放置在石英管的中部电炉的恒温区内．用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察到二氧化锡的纳米线结构；X射线衍射（XRD）表明二氧化锡纳米线具有四方金红石结构；选区电子衍射（SAED）照片表明二氧化锡纳米线具有完善的晶体结构．不同生长时间下制备样品的扫描电子显微镜和透射电子显微镜照片再现了二氧化锡纳米线的生长过程，该纳米线的生长符合传统的VLS生长机制．     

Ag掺杂对ZnO纳米线气敏性能的影响

以采用物理热蒸发法制备的纯ZnO纳米线和Ag掺杂ZnO纳米线为气敏基料，制备成旁热式气敏元件，用静态配气法对浓度均为100ppm的无水乙醇蒸汽、氨气、甲烷及一氧化碳四种气体进行气敏性能测试，结果表明，Ag掺杂后，ZnO纳米线对四种气体灵敏度的最高值分别提高了230％，92％，158％，49％，缩短了响应时间和恢复时间。     

硅纳米线的现代制备方法

硅纳米线是一种新型的一维纳米材料，其独特的物理特性，使其在光电器件，纳米器件以及微电子电路上有很好的应用。简要概括了目前大规模制备硅纳米线的主流技术：激光烧蚀法、化学气相沉积法、热蒸发法以及金属辅助化学腐蚀法。     

热蒸发铜粉法制备硅纳米线的研究

研究发现,热蒸发铜粉即可在硅衬底上直接生长出硅纳米线.场发射电子扫描电镜和透射电镜分析表明,纳米线的形貌、结构及生长机制,随沉积区域的不同而变化.在高温沉积区,硅纳米线高度弯曲且相互缠绕,按气-液-固机制生长;在低温沉积区,高度定向生长的直硅纳米线,规整地排列在硅衬底表面,其生长机制是氧化辅助生长机制.     

Ni掺杂对ZnO纳米线甲烷气敏性能的影响

以采用物理热蒸发法制备的纯ZnO纳米线和Ni掺杂ZnO纳米线为气敏基料，制备成旁热式气敏元件，用静态配气法对浓度为10^-4的甲烷气体进行了气敏性能的测试．结果表明Ni掺杂使ZnO纳米线对甲烷灵敏度提高了182％，响应时间和恢复时间分别缩短了3和2s．Ni的掺杂，在ZnO半导体禁带中引入新的复合中心，形成附加能级，提高了ZnO纳米线对甲烷的灵敏度．     

金属氧化物纳米线和纳米棒的制备及应用

本文综述了金属氧化物纳米线、纳米棒研究的新进展。重点评述了气相热化学合成法、热分解前驱物法、溶胶-凝胶电泳沉积法制备纳米线的过程及各自的生长机制，并对金属氧化物纳米线／棒的潜在应用作了介绍。     

硅纳米线的制备与生长机理

硅纳米线是一种新型的一维半导体光电材料.本文较系统地介绍了硅纳米线在制备技术、生长机理方面的研究现状与最新进展,主要就激光烧蚀法、化学气相沉积法、热气相沉积法及溶液法等制备方法和基于气-液-固机理的生长机理、氧化物辅助生长机理及固-液-固生长机理等作了较为详尽的论述.     

几种Si、Ge纳米线导热系数的原子模拟

采用非平衡分子动力学方法模拟了Si纳米线、Ge纳米线、核-壳结构的Si/Ge纳米线及超晶格结构的Si/Ge纳米线的导热系数,给出了纳米线的温度与导热系数关系曲线,对比了几种纳米线导热特性的差异,研究结果表明,随着温度的升高,各纳米线的导热系数降低;相同温度下,纳米线导热系数的大小顺序为：核-壳结构的Si/Ge纳米线、超晶格结构的Si/Ge纳米线、Si纳米线、Ge纳米线。     

CuO纳米线在碳纤维上的制备与表征

通过热氧化镀铜碳纤维,在碳纤维上制备了CuO纳米线。利用热重分析研究了镀铜碳纤维的热氧化过程。通过扫描电子显微镜、X射线衍射以及透射电子显微镜研究了退火温度、时间以及碳纤维对CuO纳米线生长的影响。结果表明,所制备的CuO纳米线为单斜型单晶结构,在碳纤维上制备CuO纳米线的最佳条件为400℃退火2h。并讨论了CuO纳米线在碳纤维上的生长机理。     

ZnO纳米线的制备及其光学性能

采用物理热蒸发ZnS粉的方法,制备出了大规模的线状和棒状ZnO纳米结构.借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、激光拉曼光谱仪以及荧光光谱仪研究了ZnO纳米线的表面形貌、内部结构及其光学性能.结果表明,所得到的ZnO纳米线是六方的单晶结构,而且具有较好的发光性能和良好的结晶性.纳米线长约2～5μm,直径约60nm,其生长机制为气-固(VS)机制.     

磁控溅射法可控制备有序碲纳米线阵列

采用磁控溅射法在较低基底温度下(200 ℃)制备了有序碲纳米线阵列, 并利用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对所制备薄膜进行了相、形貌和微观结构分析。结果表明, 所制备的纳米线阵列由单晶碲纳米线组成, 单根碲纳米线具有针状形貌, 并沿[101]晶向生长, 平均直径和长度分别为100 nm和1 μm。氩气压力和基底温度均对碲纳米线阵列的形成具有重要影响, 以平衡碲原子沿[101]晶向和(101)晶面方向的扩散和生长。提出了碲纳米线阵列的生长机制, 包括吸附、结合、成核和生长等过程。