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氧化铟纳米结构制备与性能研究

作　者: 钟苗
导　师: 郑茂俊
学　校: 上海交通大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 氧化铟纳米线阵列纳米管阵列方形纳米管纳米方块链多孔阵列膜电化学刻蚀化学气相沉积衬底诱导 VLS自催化自组装紫外光诱导可湿性开关效应光致缺陷
分类号: O472
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文介绍了通过化学气相沉积的手段,依靠不同纳米图样化衬底诱导以及在晶体生长过程中铟材料自身的自催化、自组装性能,大面积的合成多种形貌氧化铟纳米结构,其中包括:垂直纳米线阵列,垂直纳米管阵列,小孔径方形纳米管,纳米方块串联链等等。这些纳米结构中大部分都具有规则的排列且全部都直接集成在磷化铟半导体衬底上,这样,它们可以直接被应用于纳米光电子器件,而免去使用粘合剂将纳米尺度的结构排列整合在同一基底上的繁琐步骤。同样重要的是,显著的紫外光诱导下氧化铟阵列纳米结构的可湿性转换行为被发现(从超疏水到超亲水)。我们认为,这种可逆的“开关”效应可以归结为表面的光致缺陷和特殊纳米结构共同作用的结果。这将很大程度上影响和增加氧化铟纳米材料的潜在应用领域。本文首先概括的介绍了纳米技术的概念、发展历程和应用领域。然后列举了合成纳米结构的常用物理化学方法,主要为气相和液相两种途径;介绍了研究纳米材料的主要表征手段,如透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、原子力显微镜和光致发光光谱仪等。接着我们介绍了使用电化学阳极刻蚀的办法制备具有规则有序纳米孔阵列结构的研究进展、形成机理、制备工艺等几个主要方面,制备结果包括磷化铟多孔阵列膜和氧化铝多孔阵列膜。通过对形貌的控制,包括孔型,大小,深度等,力求使其在后续的模板法合成纳米结构中起到相应有效的诱导作用。然后,通过对均匀多孔磷化铟衬底进行热退火及化学气相沉积处理,利用其自分解和诱导生长作用,我们成功实现了垂直氧化铟纳米线阵列结构。经过对此生长过程及生长机理的深入研究,我们认为模板孔壁顶层的磷化铟将率先分解,分解的液态铟附着在孔壁上,伴随VLS自催化的过程形成了氧化铟的纳米线。于是我们尝试改变实验参数条件,使得其形貌得到可靠的可调:通过引入预加热和自组装的过程,我们实现了较大尺寸的氧化铟垂直纳米管阵列;通过加入额外铟源和提高退火温度,我们实现了孔壁分解和氧化铟成核的同步,生长出克隆孔型的氧化铟纳米管结构;通过改变衬底形貌,使用分离磷化铟纳米点的衬底在外加铟源的条件,我们制备了规则的超长氧化铟纳米线结构;使用已制备的垂直氧化铟纳米线阵列作为衬底,同时外加铟源,我们合成了氧化铟纳米方块链;使用多孔氧化铝膜,在先蒸发再生长的两步过程,我们制备了克隆孔型的多孔氧化铟膜。在这些的合成中,衬底诱导,VLS自催化和自组装是生长中本质原理和调控形貌的关键因素。最后,我们研究了紫外光诱导条件下,阵列氧化铟纳米结构表面的可湿性可调转换。由于纳米结构的作用,氧化铟阵列纳米结构表面本质上是超疏水性能;通过紫外光照射,表面将产生对OH-有吸附作用的光致缺陷,连同纳米结构的毛细作用,使表面的可湿性转换为超亲水;在暗处通风储存一定时间,紫外光照产生的缺陷逐渐被空气中的氧气复合而消失,这样可湿性恢复为内在的超疏水性能。

全文目录

摘要  7-10
ABSTRACT  10-13
第一章绪论  13-20
  1.1 纳米冲击波  13-14
  1.2 纳米技术的推动力  14-15
  1.3 纳米技术的影响  15-19
  参考文献  19-20
第二章纳米材料合成和表征方法  20-39
  2.1 纳米材料合成方法  20-25
  2.2 纳米材料表征方法  25-37
  参考文献  37-39
第三章规则纳米孔阵列衬底的制备及表征  39-53
  3.1 单晶磷化铟方形纳米孔阵列的制备与表征  39-43
  3.2 多孔阳极氧化铝的制备与表征  43-51
  参考文献  51-53
第四章多孔磷化铟衬底诱导合成多种氧化铟纳米结构  53-77
  4.1 高温热退火处理多孔磷化铟研究  54-58
  4.2 利用多孔磷化铟为基底化学气相沉积合成氧化铟纳米线  58-66
  4.3 利用多孔磷化铟为基底化学气相沉积合成氧化铟纳米管  66-72
  4.4 利用已制备的氧化铟纳米线为衬底合成其纳米方块串联结构  72-75
  参考文献  75-77
第五章氧化铝模板衬底诱导合成纳米结构  77-88
  5.1 背景介绍  77-81
  5.2 利用氧化铝多孔氧化铟膜的制备初步探讨  81-83
  5.3 依赖溶胶凝胶方法简单尝试制备二氧化钛多孔膜  83-87
  参考文献  87-88
第六章纳米结构的可湿性研究  88-105
  6.1 可湿性的基本定义与理论介绍  91-96
  6.2 光诱导和暗储存条件下可湿性转换的原理  96-97
  6.3 氧化铟纳米结构的可湿性研究  97-101
  6.4 结论  101-103
  参考文献  103-105
第七章结论  105-106
致谢  106-107
攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利  107

氧化铟纳米结构制备与性能研究

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