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低维纳米功能材料制备及研究

岳光辉  
【摘要】: 近年来,低维纳米材料以其在电学、光学、磁学、力学和热学方面展现出优异的特性,从而在纳米器件、传感器、激光器等方面具有应用前景而备受关注。本论文以纳米材料的制备和应用为背景,以低维纳米材料的制备为重点,报道了一些纳米材料领域中前沿研究进展和我们的主要工作成果。主要内容和创新点如下: Ⅰ.以纯铜靶和氮气为原料,采用反应射频磁控溅射法在玻璃基底上成功制备了氮化铜纳米薄膜。薄膜的沉积速率随氮气流量的增加而降低,薄膜的晶格常数随之增加。薄膜的择优生长取向随氮气流量的增加而择优于(100)晶向。薄膜表面是由氮化铜粒子紧密堆积而成,随晶格常数的增加晶粒尺寸从26nm减小到16nm。 Ⅱ.氮化铜薄膜的热稳定性较差,在200℃的条件下真空退火即可完全分解为氮气和铜膜。氮化铜薄膜的反射率与分解后得到铜膜的反射率的差异说明它是一种具有很大潜质的光存储材料。 Ⅲ.氮化铜薄膜的霍尔系数与沉积薄膜时的气体流量以及测量温度有关。在室温条件下,氮化铜薄膜的霍尔系数和霍尔电阻率随氮气流量的增加而增大,而霍尔迁移率和载流子浓度则减小。对同一条件下制备得到的氮化铜纳米薄膜而言,在温度从100K到300K的变化区间,薄膜的霍尔系数和霍尔电阻率降低,载流子浓度增加而霍尔迁移率基本保持不变。在氮气流量增大的条件下,实验由lnR_H与1/T的正比函数关系得到薄膜的禁带宽度在1.18-2.60 eV的范围内变化。 Ⅳ.采用水热法成功的制备的具有纤维锌矿结构的硫化锌纳米线。单晶结构的硫化锌纳米线择优(001)晶向生长。制备得到的硫化锌纳米线室温下的光致发光光谱通过高斯拟合可得到4个发光峰。 Ⅴ.采用水热法成功制备的大量微米尺寸的二维单晶硫化锌纳米片。这些硫化锌纳米片择优于(001)晶向生长,纳米片的横向的长度从几百纳米到微米量级,厚度约为20-50nm。室温下的光致发光光谱发现硫化锌纳米片是在可见光区的绿色发光,其波长为518.2nm,对应该材料的禁带宽度为3.65eV。 Ⅵ.通过改进传统的电化学沉积法首次成功的制备了二硫化钴纳米线阵列。制备得到的纳米线连续、平行、规则排列,直径约为50nm。X光电子能谱说明实验得到的材料是由+2价的钴粒子和-1价的硫粒子组成。二硫化钴纳米线是铁磁性材料,室温下其易磁化方向是纳米线的轴向。研究二硫化钴的电化学特性发现其I-V曲线在1.6-3.0V范围内属于嵌入脱出型反应,而在0.02-1.6V的范围内应该属于氧化还原反应。 Ⅶ.采用脉冲直流沉积法在AAO膜板的孔洞中成功制备了磁黄铁矿结构的Fe_7S_8纳米线阵列。制备得到的纳米线是属于单斜晶系的4C-Fe_7S_8稳定结构。单晶结构的Fe_7S_8纳米线的直径约为50nm。Fe_7S_8纳米线阵列的磁化率随温度的升高表现亚铁磁性行为,在600K左右转变为顺磁性。


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