学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

低维II-VI族半导体纳米结构的控制生长

作　者: 孙宏宇
导　师: 张湘义
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: II-VI族半导体 纳米结构 电化学沉积 湿化学 控制生长
分类号: TB383.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 214次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


低维半导体纳米材料的控制生长是当前纳米科学与技术研究领域的前沿和热点。本文选择典型的II-VI族半导体作为研究对象,采用电化学沉积、湿化学等方法制备了一系列低维纳米结构,对所获得纳米材料的尺寸、化学成分、晶体结构以及晶体取向成功地进行了控制。采用多孔氧化铝作为模板,通过直流电沉积方法,在120 oC的低温条件下制备了高度有序的六方ZnS纳米线阵列。在电流密度I = 0.1 mAcm-2时制备了沿[110]方向生长的六方ZnS单晶纳米线阵列;当电流密度增加时,制备的六方ZnS纳米线为多晶结构。多孔氧化铝纳米孔洞的限域作用有利于六方ZnS单晶纳米线的形成。以多孔氧化铝作为模板,通过直流电沉积方法,在110 oC条件下制得了高度有序的六方CdS纳米线阵列。结果表明,电流密度对于电沉积纳米线阵列的取向生长有重要影响:在电流密度I = 1.28 mAcm-2时制备了六方CdS多晶纳米线阵列,当电流密度降低到I = 0.05 mAcm-2时,获得了沿[103]方向生长的六方CdS单晶纳米线阵列。在经典的电结晶理论基础上,建立了准二维电结晶临界晶核尺寸模型,即电结晶临界晶核尺寸不仅取决于电沉积参数ηc,同时也与晶体的表面能Ehkl、沉积晶体与基体的错配关系ρ有关。利用该模型可以理解电沉积单晶纳米线的形成以及纳米线阵列的取向形成机制。通过改变阳极氧化条件,制备了直径分别为25 nm、40 nm和120 nm的多孔氧化铝模板,通过直流电沉积方法,在180 oC条件下制得了六方CdSe纳米线阵列。结果表明,纳米线直径对于电沉积纳米线阵列的取向生长有重要影响:当I = 1.28 mAcm-2时,随着尺寸D的增加,CdSe纳米线的择优取向从[001]转变为[101]和[103]方向,且临界尺寸D0满足40 nm < D0 < 120 nm。当I = 0.06 mAcm-2时,随着尺寸D的增加,CdSe纳米线的择优取向从[101]转变为[103]方向,且临界尺寸D0满足25 nm < D0 < 40 nm。尺寸对CdSe纳米线生长取向的影响可以从降低体系表面能的角度进行理解。通过选择电沉积CdSe纳米线阵列的生长方向,可以有效控制其光学性能。采用液相方法直接制备了高产率、壳层分布均匀的CdS/MWCNTs壳芯异质结构,制备过程简单易行,无需对CNTs进行前处理或添加有机桥分子。CdS壳层的厚度可以通过改变反应温度或反应时间进行控制。CdS壳层是由CdS纳米粒子的聚集而形成的。采用ZnO纳米针作为自牺牲模板,在90 oC条件下与TAA水热反应5 h后制备了ZnS/ZnO壳芯异质结构的纳米针;提高反应温度,在120 oC条件下反应5 h后制备了ZnS空心纳米针。ZnS/ZnO壳芯异质结构是通过原位化学反应的方式获得的,而ZnS空心纳米针则是由纳米尺度的Kirkendall效应而形成的。以所获得的空心纳米针作为初始材料可以制备新奇的纳米结构,这些结构将在纳米光电子器件中得到重要应用。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章 绪论  12-38
  1.1 一维纳米材料概述  12-13
  1.2 一维纳米材料的制备  13-27
    1.2.1 纳米线与纳米带的制备  15-18
    1.2.2 纳米管的制备  18-22
    1.2.3 一维异质纳米材料的制备  22-24
    1.2.4 CNTs 的表面修饰  24-27
  1.3 一维纳米材料的应用  27-31
  1.4 一维纳米材料的研究热点  31-34
    1.4.1 形貌控制  31
    1.4.2 生长位置控制与图案化生长  31-33
    1.4.3 尺寸控制  33
    1.4.4 生长方向控制  33-34
  1.5 选题意义及研究内容  34-38
第2章 六方ZnS 单晶纳米线阵列的低温合成  38-52
  2.1 引言  38-40
  2.2 实验方法  40-43
    2.2.1 PAT 的制备  40-41
    2.2.2 六方ZnS 纳米线阵列的制备  41-43
  2.3 实验结果与讨论  43-51
    2.3.1 PAT 的表征  43-44
    2.3.2 六方 ZnS 纳米线阵列的制备及表征  44-51
  2.4 本章小结  51-52
第3章 电沉积六方CdS 纳米线阵列的取向控制生长  52-72
  3.1 引言  52-53
  3.2 实验方法  53-54
  3.3 实验结果与讨论  54-71
    3.3.1 六方CdS 纳米线阵列的制备  54-59
    3.3.2 六方CdS 晶体的表面能  59-62
    3.3.3 电结晶理论  62-70
    3.3.4 六方CdS 单晶纳米线阵列的形成过程  70-71
  3.4 本章小结  71-72
第4章 直径对电沉积纳米线阵列取向生长的影响  72-90
  4.1 引言  72-73
  4.2 实验方法  73-75
  4.3 实验结果与讨论  75-89
    4.3.1 六方CdSe 纳米线阵列的制备及表征  75-82
    4.3.2 六方CdSe 纳米线阵列取向形成机制  82-87
    4.3.3 六方CdSe 纳米线阵列的光学性质  87-89
  4.4 本章小结  89-90
第5章 CdS/MWCNTs 壳芯异质结构的合成及表征  90-100
  5.1 引言  90-91
  5.2 实验方法  91
  5.3 实验结果与讨论  91-99
  5.4 本章小结  99-100
第6章 ZnS/ZnO 壳芯和ZnS 空心纳米针的合成及表征  100-112
  6.1 引言  100-101
  6.2 实验方法  101
  6.3 实验结果与讨论  101-111
  6.4 本章小结  111-112
结论  112-114
参考文献  114-134
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果  134-137
致谢  137-138
作者简介  138

相似论文

  1. 溶胶—凝胶AAO模板法制备ITO准一维纳米结构,TB383.1
  2. 纳米结构聚苯胺的制备、表征及生物医学方面的应用,TB383.1
  3. 湿化学法高岭土制备莫来石的研究,TQ175.6
  4. 微/纳米结构聚苯胺及其复合材料的制备和表征,TB383.1
  5. 形貌调控的Bi2S3基纳米晶光催化剂合成及性能研究,TB383.1
  6. 纳米级Bi2Te3粉体的制备及其烧结性能研究,TB383.1
  7. 有序纳米孔炭膜的制备及表征,TB383.2
  8. 热压印纳米结构在化学纤维结构显色上的应用和研究,TS190.1
  9. 形貌可控ZnS材料的水热/溶剂热法制备,TB383.1
  10. 基于AAO模板的SERS基底研究,TB383.1
  11. 三维有序大孔Cu_2O薄膜的制备及性能表征,TB383.2
  12. 脉冲激光液相烧蚀法制备多种PbS纳米结构,TB383.1
  13. 有机酸控制合成聚苯胺纳/微米结构,TB383.1
  14. 镁—镍系电致变色薄膜的电化学制备及性能,TB383.2
  15. ZnO纳米棒和荷叶状纳米结构的溶液法可控制备及其性能,TB383.1
  16. 纳米结构Fe_3O_4的制备与物性研究,TB383.1
  17. 多孔氧化铝模板的一维无机纳米材料的组装及性能研究,TB383.1
  18. ZnO超疏水结构的微纳米制造及润湿性研究,TB383.1
  19. 阳极氧化铝模板及一维纳米结构材料的制备研究,TB383.1
  20. 模板法制备一维同轴纳米材料,TB383.1
  21. 化学气相沉积法制备GaN相关的纳米材料,TB383.1

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
© 2012 www.xueweilunwen.com