准一维半导体纳米材料的制备、表征及发光性能研究

【摘要】：准一维纳米材料在基础科学研究和潜在的技术应用方面都非常重要,因此准一维纳米材料,包括纳米线(棒)、纳米管、纳米带、纳米同轴电缆、异质结和超晶格纳米线,是当前纳米材料科学领域的前沿和热点。准一维纳米材料可以用来建立纳米级的电子线路和光子存储器。准一维纳米材料科学研究的基础就是探索和发展有效的合成这些准一维纳米材料的方法。本文是在前人的工作基础上,利用热蒸发方法,依据准一维纳米材料的气液固(VLS)和气固(VS)生长机理,制备了准一维半导体(氧化物、硫化物)纳米材料,观察到了过去宏观体系中未见到的一些新现象,发现一些有趣的新的纳米结构,与此同时还分别讨论了它们的生长机理,以及光致发光性能。本文的主要研究内容及结果包括以下几个方面: 一.二氧化锡(SnO_2)纳米结构的合成及其掺杂 1.在1000℃温度条件下,通过热蒸发SnO和Sn的混合物合成了单晶的SnO_2“星号状”纳米结构,它是由单个合金液滴自催化生长出多条纳米线(带)臂。其臂的直径沿着长度方向从200-700nm之间逐渐变小为10-50nm。同时发现有的臂上长有垂直的分支结构。进一步讨论“星型状”纳米结构的生长机制。室温光致发光谱表明所合成的SnO_2纳米结构,除了583nm(2.13eV)这个常见的缺陷峰外,还发现在319nm(3.89eV)这种在SnO_2准一维纳米结构中少见的激子峰,并对其发光机理试着进行了初步解释。 2.在800℃温度条件下,通过热蒸发MnCl_2和SnO粉末尝试合成掺Mn的SnO_2纳米线。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析测试手段,对所合成的准一维纳米材料的形貌、物相进行了研究,掺Mn改变了SnO_2纳米线的微观结构和形貌。 二.掺锡氧化铟(Sn:In_2O_3,ITO)“门框状”纳米结构以及纳米线的研究 依据准一维纳米材料的气液固(VLS)生长机理,以一种既简单又低廉但有效的制备方法,通过在大气下直接蒸发Sn、SnO和In的混合粉末,成功地制备出ITO“门框状”纳米结构以及纳米线。对产物进行XRD、SEM、HRTEM、EDS进一步分析,表明合成的新的“门框状”纳米结构是以外延生长方式生长的。室温光致发光谱显示所合成的结构有一个在580nm(2.14ev)附近的很强的发光峰。 三.无催化剂、无基底硫化镉纳米带的合成 依据准一维纳米材料的气固(VS)生长机理,在氩\氢的气氛下,采用热