一维纳米材料的合成和表征

【摘要】： 一维纳米材料重要的理论意义和潜在的广泛应用前景使其成为物理、化学、材料等诸多学科领域的研究前沿。发展制备一维纳米材料的新方法，开拓新的体系是一个十分重要的研究课题。本文利用CVD和熔剂法及直接氧化法在合成和表征碳纳米管、硼基纳米材料及其他若干材料等方面做了以下初步的探讨： (1)系统研究了稀土掺杂催化剂对碳纳米管生长的影响及催化合成碳纳米管过程中催化剂形貌和成份的变化，加深对碳纳米管生长机制的理解。通过系列实验发现了碳纳米管CVD合成中的“催化剂的重量效应”，该效应能够极大地提高碳纳米管的产率(净产率达到1450％)和纯度(大于90％)，并且有希望应用于其它一维纳米材料CVD催化合成；改变碳源，大量合成了掺有氮的碳纳米管。 (2)用CVD方法在成功催化合成硼酸铝纳米线的基础上，进一步发展了大量合成这种极好的陶瓷增强材料的方法。用相同的方法我们首次合成了硼酸镓纳米线。进一步地，利用陶瓷舟多极微孔结构作为模版合成了硼酸盐微米阵列。在合成硼单晶线方面也作了一些尝试，并在此过程中意外地首次合成了铝酸镁纳米线。 (3)对新的合成方法比如融剂法，直接氧化法合成纳米材料做了初步的尝试，并且合成了氧化铝和氧化锌的一维纳米结构和高分子纳米带状产物。值得提出的是，我们发展了一种全新的“合金可控气体蒸发”的方法，通过控制反应条件在空气中大量合成不同形貌，不同维度的微米、纳米氧化锌材料。这种合成氧化锌纳米材料的方法成本低廉，工艺简单，反应快速，产量大，极有希望用于氧化锌和其它金属氧化物纳米材料的工业化生产。