纳米材料和纳米结构生长的原位热动力学研究

首次对目标纳米材料的生长过程进行原位在线监测,同时获取了过程的动力学和热力学信息,由热动力学的理论和方法解析了化学反应、单体的形成、成核生长、纳米结构演变的热力学和热动力学参数;揭示热动力学特征与纳米结构,纳米结构演变的不同阶段热动力学变化与阶段纳米结构,阶段热变速率与阶段纳米结构的特征和规律,初步建立了目标纳米材料生长的特征、规律与热动力学参数之间的关系,为纳米材料的可控生长提供了新的技术方法和理论支撑。     

间歇生长模式高甲烷浓度制备纳米金刚石膜

采用直流热阴极PCVD技术,经过生长温度的周期性调整,达到清除多余游离碳和刻蚀非金刚石相的目的,实现了在高甲烷浓度条件下制备纳米金刚石膜.金刚石膜的生长过程分为沉积阶段和刻蚀去除阶段,沉积时间为15min,刻蚀时间为5min,生长周期为20min,总的沉积时间为6h.采用拉曼光谱仪、SEM和XRD分析仪对样品进行了分析,结果显示样品具有纳米金刚石膜的基本特征.研究表明,在高甲烷浓度条件下,直流热阴极PCVD间歇生长模式可有效去除生长腔内的游离碳成分,实现正常放电激励,维持正常生长,制备出纳米金刚石膜.     

人工干预二次形核研究

采用直流热阴极PCVD技术,在CH4-H2气氛常规制备微米晶金刚石膜的参数条件下,通过人工干预实现二次形核,制备纳米晶金刚石膜.金刚石膜周期性生长过程分为沉积阶段和干预阶段,沉积阶段时间为20 min,干预阶段将沉积温度降低到600℃,时间为1 min,然后恢复到生长温度,一个生长周期为21 min,总的沉积时间为6h.实验分为高、低气压和高、低温度的四种组合,并与连续生长模式进行了对比.采用拉曼光谱仪、SEM对样品进行了分析,除高气压和高温度条件外,其它三组实验的金刚石膜的1332 cm-1拉曼峰展宽明显、金刚石膜晶粒小于100 nm,样品都具有纳米晶特征.结果表明直流热阴极PCVD技术的人工干预方法,可以导致金刚石膜生长过程的二次形核行为发生,制备出纳米金刚石膜.     

草酸根离子诱导PbWO4有序纳米结构的合成和生长机理

采用直接沉淀法制备PbWO_4有序纳米结构,以草酸根双羧基阴离子为其生长阶段结构导向剂。使用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)和透射电子显微镜(TEM)等手段对其表征,研究了草酸根离子在PbWO_4纳米晶生长阶段的控制作用,并提出了PbWO_4有序纳米结构的形成机理.     

碳纳米纤维在纳米催化剂上的不同生长形态

利用纳米镍、酒石酸铜催化剂,通过碳的化学气相沉积法(CVD)分别制备出并列形态和"V"形态生长的碳纳米纤维,并通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)对其进行了观察研究,发现生长在催化剂粒子上的碳纳米纤维在初始生长时的生长方向与催化剂粒子形状之间有密切关系.我们分析认为,在碳纳米纤维的生长过程中,碳在催化剂粒子中的扩散速度是控制步骤,并且决定催化剂粒子晶面上不同生长点的纤维生长速度.     

GaN纳米棒的制备及机理研究

本文分别用三甲基镓和高纯蓝氨作为Ga源和N源,Ni(NO3)2作为催化剂,在Si(111)衬底上制得针尖状GaN纳米棒.测试结果表明制备的GaN纳米棒是沿<100>方向生长的纯六方相结构.通过对生长过程的分析,我们认为GaN纳米棒的生长过程不仅受到VLS机制的控制,而是多种生长方式共同作用的结果.在反应的初期,GaN纳米棒的生长遵从VLS机制;但是随着GaN纳米棒轴向和径向的生长,GaN纳米结构中纳米棒端部的Ni催化剂纳米球会被"挤"出顶部,在较大的气流流速下被吹落至衬底上,失去催化剂诱导作用的纳米棒随后自行外延生长;而吹落至衬底上的Ni催化剂纳米球成为第二次生长有利的形核位置,且再次生长出粗短的纳米棒.因此不同生长机制得到的GaN纳米棒交织在一起,形成了最终的GaN纳米结构.     

化学溶液法外延组装ZnO分级纳米结构

采用气相法、液相法相结合的方法外延组装了一种形貌新颖的复杂ZnO分级纳米结构--"纳米毛刷".首先用热蒸发的方法制备了宽面为极性面的ZnO纳米带,然后采用化学溶液法,在强碱溶液中在ZnO纳米带的极性面上外延生长Zno纳米棒阵列,实现了ZnO分级纳米结构"由下而上"地外延组装.采用负离子配位多面体生长基元模型讨论了ZnO分级纳米结构的外延组装机理.这种ZnO分级结构的实现,可望作为ZnO纳米器件的原型材料构建新型光电器件.     

胶体纳米晶合成与形貌控制策略及机理EI北大核心CSCD

胶体纳米晶合成与控制策略主要从动力学方面考虑,一般要结合液相胶体成核生长理论和晶体生长理论来分析。本文首先从成核阶段、生长阶段和熟化阶段的控制方面阐述了胶体纳米晶形貌合成与控制。然后对于经典晶体学理论解释不了的现象,阐述了选择吸附机理、有效单体机理、取向连接机理等用来解释胶体纳米晶的合成机理。本文还对近年来发展的其他一些合成纳米材料的新机理或多种机理共同作用做了简要介绍。最后,对纳米晶合成与形貌控制的前景作了概述,认为定量和精准结构控制是纳米晶形貌合成与控制面临的巨大挑战和发展趋势。     

氧化镁新奇纳米结构的合成与生长机理研究

金属镁粉作为原材料,硅片作为衬底,在水蒸气和一定条件下,利用化学气相沉积法合成了大量规则分布在硅衬底上新奇的氧化镁纳米花结构.该纳米花由多根纳米纤维组成,其中纳米纤维的直径大约一致为80nm,长度达到几微米.我们通过一系列实验,在固定其它条件下通过调节加热时间,系统地观察了氧化镁纳米花结构的生长过程.由于在整个反应过程中,没有金属催化剂的参与,加上氧化镁纳米花结构的形貌,我们可以用液-固(VS)生长机制来解释氧化镁纳米花结构的形成.这种新奇的纳米结构对于进一步深入研究氧化镁纳米结构的合成与生长机理具有重要的参考价值.     

从无序到有序ZnO纳米棒的制备

采用3种不同的方法在氧化铟锡玻璃衬底上沉积一层ZnO纳米晶薄膜,然后采用改进的水热法在制备有ZnO纳米晶薄膜的衬底上生长ZnO纳米棒,实现了纳米棒从无序到有序的生长.从XRD和SEM图可得,有序的纳米棒沿(002)择优取向,基本与衬底垂直,平均直径约为40nm.     

单根Ag(TCNQ)微/纳米结构的光致变色特性研究

利用溶液化学反应法制备了准一维微/纳米结构的金属有机配合物Ag(TCNQ);X射线衍射(XRD)表明所制备的Ag(TCNQ)为晶态结构;扫描电子显微镜(SEM)的观察表明Ag(TCNQ)为准一维的微/纳米管或线.首先在自行研制的材料光学性能测试系统上对单根Ag(TCNQ)的光致变色特性进行测试,激光照射后颜色由深蓝变黄;然后利用显微Raman光谱仪对其光致变色机理进行了研究,激光照射后的光谱图中出现了明显的TCNQ分子的特征中性峰.如照射时间较长,超过30s,则TCNQ分子特征峰又消失.因此Raman测试结果证明单根Ag(TCNQ)微/纳米结构具有明显可逆的光致变色特性.     

基于Ag(TCNQ)热透镜效应的全光型开关

Ag(TCNQ)是一种电荷转移型金属有机络合物。用真空蒸发与真空热压相结合的方法使它分散到PMMA ,PHPMA ,PC等高分子树脂中 ,制成了不含任何有机溶剂的透明光学薄膜 ,并证实了它具有光热透镜效应。     

Ag-TCNQ薄膜电双稳态特性的XPS研究

本文采用X光电子谱仪 (XPS)研究了Ag TCNQ薄膜的电双稳态特性。对TCNQ粉末、热处理前后的TCNQ薄膜及Ag TCNQ薄膜作了分析。结果发现 ,真空蒸镀及大气环境中热处理不会引起TCNQ化学状态的变化 ,而热处理会促使Ag与TCNQ发生反应 ,薄膜电双稳态特性的优劣则与反应程度有关。最后讨论了这一现象的可能机理     

Ag(TCNQ)纳米线的制备和电学特性研究

提出了一种新的制备有机金属配合物纳米线的方法,即饱和蒸气反应法,并解释了它的生长机理。用这种方法制备的Ag(TCNQ)[TCNQ,tetracyanoquinodimethane]纳米线(棒)基本垂直于基板。截面近似呈方形,边长<100nm,长度(高度)可控,生长温度低(≤120℃),因而在实际应用过程中容易与其它工艺兼容。在STM针尖和导电AFM针尖电场作用下这种纳米线(棒)具有电双稳特性,预期在纳米电子学方面有广泛的应用前景。     

Ag-TCNQ金属/有机双层膜中的扩散机制

研究了用真空分层蒸镀法获得的金属/有机双层膜(Ag-TCNQ)中的层间扩散行为.根据Cu、Ag在与TCNQ形成络合物时表现出的相似性,建立了异质元素标志法,以Cu为标志元素,研究了金属有机络合物Ag-TCNQ形成过程中Ag扩散的微观机制.使用二次离子质谱(SIMS)分析了Cu、Ag元素在不同样品膜中的浓度分布及变化情况.结果表明,不同于纯金属薄膜中Cu、Ag清晰的界面,在络合物中的Cu与Ag之间存在交叉,说明两种离子之间存在着交换现象.由此可以推断,薄膜中的扩散机制是Ag离子在Ag-TCNQ络合物中的换位扩散.     

Redox and acid-base chemistry of 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane radical anion, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane dianion, and dihydro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane in acetonitrile

The chemistry and electrochemistry of TCNQ (7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), TCNQ(?-), TCNQ(2-), and H(2)TCNQ in acetonitrile (0.1 M Bu(4)NPF(6)) solution containing trifluoroacetic acid (TFA) has been studied by transient and steady-state voltammetric methods with the interrelationship between the redox and the acid-base chemistry being supported by simulations of the cyclic voltammograms. In the absence of acid, TCNQ and its anions undergo two electrochemically and chemically reversible one-electron processes. However, in the presence of TFA, the voltammetry is considerably more complex. The TCNQ(2-) dianion is protonated to form HTCNQ(-), which is oxidized to HTCNQ(?), and H(2)TCNQ which is electroinactive over the potential range of -1.0 to +1.0 V versus Ag/Ag(+). The monoreduced TCNQ(?-) radical anion is weakly protonated to give HTCNQ(?), which disproportionates to TCNQ and H(2)TCNQ. In acetonitrile, H(2)TCNQ deprotonates slowly, whereas in N,N-dimethylformamide or tetrahydrofuran, rapid deprotonation occurs to yield HTCNQ(-) as the major species. H(2)TCNQ is fully deprotonated to the TCNQ(2-) dianion in the presence of an excess concentration of the weak base, CH(3)COOLi. Differences in the redox and acid-base chemistry relative to the fluorinated derivative TCNQF(4) are discussed in terms of structural and electronic factors.     

Chemical reaction between Ag nanoparticles and TCNQ microparticles in aqueous solution

The chemical reaction between Ag nanoparticles (Ag NPs) and 7,7',8,8'- tetracycanoquinodimethane (TCNQ) microparticles (MPs) in aqueous solution for the formation of Ag-NP-decorated Ag-TCNQ nanowires is reported. Based on the results obtained by UV-vis spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM), it is proposed that the reaction between Ag NPs and TCNQ MPs includes three stages, namely, aggregation of NPs and MPs, diffusion and reaction between NPs and MPs, and formation of Ag-TCNQ nanowires. The as-synthesized semiconducting Ag-TCNQ nanowires show good performance in nonvolatile memory devices with multiple write-read-erase-read (WRER) cycles in air.     

电双稳薄膜阻抗转变机理研究

采用真空蒸发的方法交替沉积Ag和TCNQ分子制备了Ag TCNQ金属 有机络合物薄膜 ,并研究了多种外加电压激发下膜的电阻转变特性。发现在转变过程中存在着一种能量效应 ,即当外电压超过某一阈值后 ,完成转变的能量不变。对此现象的可能解释是薄膜内分子在一定的外部电场能量诱导下发生重排 ,致使电导率发生跃变     

有机及有机金属化合物薄膜电开关特性

综述了在电场下由绝缘态（“0”态）到导电态（“1”态）的电开关记忆特性的几类化合物薄膜，包括聚苯乙烯及其衍生物的辉光放电聚合膜，酞青铅和TCNQ（7，7，8，8-四氰基对苯酸二甲烷）及其衍生物的电荷转移复合物的真空蒸发膜．乙酰丙团铜的弧光放电等离子体聚合膜，1，3－二硫杂环戊烯-乙硫醇（dmit）类过渡金属配合物的电沉积膜，含大共轭п键有机化合物及偶氨化合物与TCNQ的电荷转移复合物的Lansmuir－Blodgett（LB）膜，以及用离子团束-飞行时间质谱仪制备的C60－TCNQ和Ag－TDCN（TDCN为多共轭苯腈）薄膜。     

环境对Ag-TCNQ金属有机双层膜传质的影响

采用真空蒸发的方法交替沉积Ag和TCNQ分子制备了Ag-TCNQ金属有机双层膜。研究了在大气,真空室,干燥器,饱和蒸汽室,水浸没5种不同环境下Ag-TCNQ络合物形成过程中双层膜中的传质情况。结果显示氧气对传质过程基本无影响;而随着环境湿度的增加,传质速度显著加快,并采用一种电化学反应机制对这种加速现象做出了解释。