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Ⅱ-Ⅵ族一维半导体纳米材料与有序阵列的合成与表征

曹佰来  
【摘要】: 近年来,一维纳米材料及其有序阵列由于其新颖的物理、化学性质以及在许多领域所展示的潜在的应用前景,已成为当今纳米材料的前沿和研究热点。本论文研究几种Ⅱ-Ⅵ族半导体一维纳米材料的合成及其光学性质,探索控制其形貌和尺寸的途径,考察了由此引起其发光性质的变化。通过直接使用金属基底作为反应源,采用一步或两步溶剂热法,我们成功的合成了硫化镉纳米阵列,硫化镉/硒化镉核壳结构纳米线和硫化锌纳米棒,并且表现出了较好的发光性能。主要内容具体归纳如下: 1.我们采用氨基硫脲和镉片(基底)做为反应原料,通过简单的液相反应制备出大面积尺寸均一,排列整齐的硫化镉纳米线阵列。硫化镉纳米线阵列为六方纤锌矿结构的单晶结构并沿着c轴(001)方向垂直生长在镉片上。室温下拉曼光谱显示出硫化镉纳米线直径方向的纳米尺寸效应促使的量子陷效应,进而所导致拉曼光谱峰的宽化、不对称性和轻微的红移。均匀整齐的硫化镉纳米阵列起到了激光微共振腔的作用,显示了515nm的禁带光致激射,并显现出了明显激光共振模式。合成过程中,由于高温下,高浓度形核和晶体择优取向生长促使均匀整齐的硫化镉纳米阵列垂直生长在镉片上。 2.通过采用两步溶剂热法,分别采用乙二胺(第一步)、TBP(第二步)为溶剂,我们成功的合成了大面积尺寸均匀的硫化镉/硒化镉核壳结构纳米线,直径约为50nm,长度约为1-5μm,其表面比较粗糙。第二步反应中,我们认为硫化镉/硒化镉核壳结构纳米线的生长机制为传输机制,溶剂TBP作为传输载体,促使硒原子取代硫化镉表面的硫原子。进而形成硒化镉包覆硫化镉的层状核壳结构。采用PL光致发光对其发光性质进行检测,结果表明与硫化镉纳米线相比,其发光性能明显增强。 3.采用锌片和氨基硫脲为原料,通过溶剂热法在锌片上合成大面积的大小均匀的条形硫化锌纳米棒,合成硫化锌样品为六方铅锌矿结构的单晶并且沿着c轴(001)方向生长。单根纳米棒长约为2-3μm,截面为正方形,其边长约为30nm。反应时间,反应温度对样品合成有着重要的影响。讨论并提出了硫化锌的生长机制。同时采用PL光致发光测其发光性质,结果显示由于反应中锌过量,导致大量硫空穴的出现,因而导致条形硫化锌纳米棒具有良好的缺陷发光性质。


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