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《南京大学》 2014年
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一维纳米材料的结构设计和可控制备

张永亮  
【摘要】:纳米材料是纳米科技的基石,基于生长机理来预言和设计各种纳米材料的生长是纳米科技领域的梦想。用于设计和控制一维纳米材料生长的策略有很多,最常见的是颗粒催化生长法,包括气-液-固(VLS)生长、溶液-液-固(SLS)生长以及溶液-固-固(SSS)生长等。本论文的研究目标是基于对颗粒催化生长机理的研究和深刻理解来预言和设计纳米线的生长。具体地,基于对相平衡主导的气-液-固(PED-VLS)生长机理的认识,结合相图精确预言了AlN纳米线的生长;基于超离子导体Ag2S介导的溶液-固-固生长机理,设计并制备了组分可调、尺寸均一的ZnxCd1-xS纳米线。此外,还探索了原位氯化物转移法生长CrSi2纳米线的形成机理,明确了过饱和度和极性面对产物形貌的影响。经过研究取得了以下进展:1.本文采用Al69Ni31合金颗粒的高温氮化法制备AlN纳米线,基于相平衡主导的气-液-固生长机理,预言了AlN纳米线在1133-1638 ℃温区的生长行为:①氮化温度升到1133 ℃以上发生纳米线的二次生长,②不同氮化温度下共存Al-Ni合金的组成可由Al-Ni合金相图得到,③AlN纳米线的产量可由Al-Ni合金相图计算得到。上述预测都得到了定量化实验的验证,进一步表明了该机理的普适性。本文还界定了该机理的适用条件,即对二元合金来说生长要发生在液固两相区,且引入的气源只选择与液相发生反应。该结果为根据相图设计和指导纳米线的合成提供了科学依据。2.基于超离子导体Ag2S介导的溶液-固-固生长机理,合成了组分可调、尺寸相对均一的ZnxCd1-xS纳米线。在生长中纳米线的直径由Ag2S纳米颗粒的尺寸控制;纳米线的长度通过改变金属有机配合物的加入量来调控;ZnxCd1-xS的组成通过改变有机Zn源和Cd源的投料比来调控;该方法合成的ZnxC1d-xS纳米线成分均匀,合金组成在生长过程中保持不变,且受温度(110-150℃)的影响较小。所得ZnxCd1-xS纳米线的能带结构随着成分调变而变化,具有连续可调的发光和光吸收性能。本方法简单方便、可控性好,为硫族化合物纳米线的成分和能带调变提供了新路径。3.采用原位氯化物转移法制备CrSi2纳米材料,通过改变生长温度控制Cr源的蒸气压,得到了纳米线束、纳米带和蒲团状微米盘等CrSi2纳米结构,详细表征了其晶体结构特征,探讨了三种结构的形成机理,揭示了过饱和度和极化面诱导效应在生长中的作用,并研究了其场致发射性能。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB383.1

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