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二氧化锡纳米结构制备与表征研究

彭瑞芹  
【摘要】:当半导体材料尺度达到纳米数量级,由于量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、量子隧道效应、体积效应等特性的影响,使得纳米半导体材料表现出奇特的电/磁学、光学、光电转换、光催化等性能,引起广泛关注与研究。随着纳米科学技术的不断进步,半导体纳米材料将给人类生活带来巨大的冲击,影响生活的方方面面。本文以二氧化锡为研究对象,通过简易热蒸发法成功制备二氧化锡多种纳米结构。实验过程中通过改变退火温度、退火时间、源、有无催化剂等条件调控二氧化锡纳米结构的形貌、尺寸。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线能谱仪(EDS)及光致发光谱(PL)等测试手段对产物进行形貌及结构表征,并分析二氧化锡纳米结构的生长机制。主要内容如下: (1)利用简易热蒸发法以金作催化剂,在1000℃下热蒸发锡粉制备出二氧化锡纳米颗粒。颗粒直径大小均匀,范围在100-600纳米之间。研究发现通过改变退火时间纳米颗粒的形貌发生很大转变。当退火时间为50分钟时,纳米颗粒出现凝结、连成片状,失去独立性。另外通过光致发光图谱表征,二氧化锡纳米颗粒在393纳米处具有较强发光峰,探讨了发光峰的来源。最后讨论了二氧化锡纳米颗粒的生长机制。 (2)在没有添加任何催化剂情况下,通过热蒸发锡粉1000℃退火 60分钟低成本成功制备二氧化锡纳米线。通过各种测试手段分析得知该纳米线直且均匀,形态稳定,结构完美且结晶质量较高,通过PL分析在多处出现发光峰,并对二氧化锡纳米线的生长机制分析发现符合气-固生长模式。 (3)用金做催化剂,通过热蒸发锡粉和一氧化锡粉混合物在900℃下分别退火90、100、110分钟成功制备出二氧化锡纳米线。经测试所得纳米线为单晶结构,较直且均匀,相互交织,形成网络状。在491纳米处出现发光峰,具有良好的发光特性,有望运用于光电子器件。最后对二氧化锡纳米线的生长机制进行分析,发现该纳米线生长不同于典型的VLS生长机制。 (4)以金做催化剂,在900℃下退火110分钟通过热蒸发一氧化锡 粉成功制备出二氧化锡纳米线。该纳米线直径在100-300纳米,长达数微米。在588纳米处呈现较强黄的发光峰,可能由纳米线中锡空位或氧空位缺陷导致,生长机制符合典型的VLS生长模式。最后对本论文的实验结果及创新、不足进行了总结。


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