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无机空心微纳米结构的制备及其应用

叶丽娜  
【摘要】: 本论文旨在探索利用简单的化学原理和方法合成无机空心微纳米材料并研究合成的无机空心微纳米材料在实际中的应用。本论文提出了在液相中系统的制备多种新奇的具有规则几何外形的MoS2空心笼状多级结构的新的合成路线,并对所合成的MoS2空心笼状多级结构的电化学储氢性能进行了初步探讨。本论文还研究了由化学气相沉积法合成的有序排列的单壁碳纳米管阵列组成的晶体管的缩放属性;还进行了由有序排列的单壁碳纳米管阵列组成的肖特基二极管的系统的实验和理论研究。论文主要内容归纳如下 1.作者首次利用一种自组装结合中间晶体做模板的方法,合成了微米级的由双层纳米片组成的MoS2空心立方笼状多级结构;其中,这种中间晶体是一步合成的,不需要任何表面活性剂。在这个方法中,基于Kirkendall效应,K2NaMoO3F3中间立方晶体原位生成并且为MoS2最初的成核和生长作为自牺牲模板。由于垂直于立方体表面的MoS2纳米片具有更多的暴露在外的活性边缘,因此我们合成的MoS2空心立方笼状多级结构在应用于电化学储氢时呈现出一个高至375 mAh g-1的电容量。 2.作者首次提出一种合成MoS2多级空心笼状结构的通用性路线,基于Kirkendall效应利用自组装结合表面活性剂/钼酸盐复合前驱物晶体做模板的方法,合成了大量的各种新奇的具有规则几何形貌的MoS2多级空心笼状结构。原位形成的具有立方结构的表面活性剂/钼酸盐复合前驱物晶体是由钼氧阴离子和四丁基铵阳离子相互作用周期性排列而成,这种前驱物晶体在接下来MoS2多级空心笼状结构的形成中起了作为钼源和模板的重要作用。我们通过改变NaSCN和表面活性剂的浓度进而系统的调节前驱物晶体的生长习性及前驱物晶体分枝结构的程度来可控的合成具有不同形貌的表面活性剂/钼酸盐复合前驱物晶体。 3.作者系统的研究了由化学气相沉积法合成的有序排列的单壁碳纳米管阵列组成的晶体管的缩放属性,揭示了通路长度和器件特性之间的依赖关系及通路电阻和接触电阻在器件工作时的不同作用。研究结果显示在这里所用到的通路长度和单壁碳纳米管的直径两个参数的范围内,源漏电极皆由Pd组成的晶体管呈现出接触电阻和门电压无关的有效的欧姆接触,但源漏电极皆由Au组成的晶体管的接触电阻却在很大程度上受到门电压的调节。推导出的金属和半导体碳纳米管的接触电阻及半导体碳纳米管的迁移率和以前报道过的单根碳纳米管测试结构的相应结果是一致的。 4.作者对由有序排列的单壁碳纳米管阵列组成的肖特基二极管进行了系统的实验和理论研究。考虑到电流整流性的基本物理特性,我们建立了一个简单的物理模型,这个物理模型可以充分的解释单根碳纳米管和碳纳米管阵列器件的电子学性质。由于金属碳纳米管分流作用的存在,用这种方法制备的单壁碳纳米管阵列肖特基二极管的定义为最大电流与最小电流之比的整流率很低。通过一个单向的电压扫描过程可以除掉这些金属碳纳米管,从而得到一个拥有高整流率的碳纳米管阵列器件。进一步的分析表明,是通路电阻而不是碳纳米管二极管的固有特性限制了通路长度高达10μm的器件的整流率


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