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锗及其氧化物纳米线的合成、表征及性质研究

作　者: 彭明发
导　师: 孙旭辉
学　校: 苏州大学
专　业: 材料学
关键词: 锗纳米线 氧化锗纳米线 发光性质 表面稳定性 拉曼增强
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


一维纳米材料如:纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管等,由于其低维度和量子限域效应等特性引起的光电性质及其在介观物理和纳米器件上有潜在的应用前景,从而引起人们的浓厚的研究兴趣。其中,锗及其氧化物纳米线在纳米器件中展现了优良的光电性能,具有良好的应用前景。本文通过热蒸发法大量合成了锗纳米线和氧化锗纳米线,对其进行了详细的结构表征,并进一步研究了其表面及发光性质,具体内容为:第一,利用热蒸发法,通过VLS机理来,以锗粉为蒸发源,通过控制不同的反应条件,成功合成了高质量的单晶GeNWs和GeONWs。利用SEM,XRD,TEM,HRTEM,SAED等方法表征了合成的GeNWs和GeONWs的形貌和晶体结构。研究结构显示,合成了沿着[111]和[110]两种生长方向生长GeNWs,其晶体结构为金刚石结构,而GeONWs其晶体结构为单晶的六方结构。第二,研究了单晶氧化锗纳米线的电子结构和发光性质及其机理。利用XPS表征了氧化锗纳米线的电子结构,EDS结果显示纳米线中Ge和O的比例为1:1.8,证明是一个缺氧体系。利用同步辐射X射线吸收精细结构（XAFS）谱学进行研究了高质量的单晶氧化锗纳米线电子结构和局部结构。XAFS研究结果显示,由于纳米线的一维纳米尺寸效应和氧缺陷的存在,氧化锗纳米线表现出长程有序度变差。基于同步辐射的X射线激发光（XEOL）谱学研究氧化锗纳米线,显示在2.3 eV （540 nm）处有强的绿光发射,这一研究结果与选择的单根氧化锗纳米线的传统PL谱学相一致。氧化锗纳米线的强的绿光发射,通过XEOL和XANES证明是由氧空位引起的氧相关的缺陷态导致的。第三,对锗纳米线进行表面功能化及其应用。重点研究了氢终止的锗纳米线的表面稳定性和反应活性。氢终止的锗纳米线可以将溶液中的铜和银离子,还原成铜和银纳米颗粒。锗纳米线表面附着的铜和银纳米颗粒的密度随着溶液浓度的降低而减小。当溶液浓度为10-3 M,10-4 M,10-5 M时,铜和银纳米颗粒的平均粒径大小分别为15 nm,10 nm,5 nm。利用XPS技术研究了纳米复合体系CuNPs/GeNWs和AgNPs/GeNWs的电子结构性质。锗纳米线表面修饰银纳米颗粒的AgNPs/GeNWs体系可以作为拉曼增强基底,可以检测10-16 M罗丹明6G分子。以AgNPs/GeNWs增强基底,检测罗丹明6G分子在1650 cm-1和1361 cm（-1）处的增强因子EF可以被分别估算为3.8×107和4.3×107。

全文目录


中文摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-31
  1.1 一维纳米材料概述  10-15
    1.1.1 一维纳米材料的介绍  10
    1.1.2 一维纳米材料的性质及应用  10-12
    1.1.3 一维纳米材料的制备  12-15
  1.2 锗基一维纳米材料的研究现状  15-20
    1.2.1 锗及氧化锗的基本性质  15-16
    1.2.2 锗纳米线的研究进展  16-18
    1.2.3 氧化锗纳米线的研究进展  18-20
  1.3 锗基一维纳米材料的研究方法  20-22
    1.3.1 锗及氧化锗纳米线的合成  20
    1.3.2 锗及氧化锗纳米线的表征  20-22
  1.4 选题意义及主要研究内容  22-24
  参考文献  24-31
第二章 锗纳米线和氧化锗纳米线的合成与表征  31-42
  2.1 前言  31-32
  2.2 实验部分  32-34
    2.2.1 实验原料  32
    2.2.2 锗纳米线的合成  32
    2.2.3 氧化锗纳米线的合成  32-33
    2.2.4 锗及氧化锗纳米线的VLS 生长机理解释  33-34
  2.3 锗纳米线的形貌与表征  34-38
  2.4 氧化锗纳米线的形貌及表征  38-39
  2.5 本章小结  39-40
  参考文献  40-42
第三章 单晶氧化锗纳米线的电子结构及发光性质研究  42-57
  3.1 引言  42-43
  3.2 氧化锗纳米线的电子结构研究  43-49
    3.2.1 利用XPS 研究氧化锗纳米线的电子结构  43-45
    3.2.2 氧化锗纳米线的电子结构和局域结构  45-49
  3.3 氧化锗纳米线的发光性质研究  49-54
    3.3.1 利用PL 谱研究GeONWs 的发光性质  49-50
    3.3.2 利用同步辐射XEOL 研究GeONWs 的发光性质  50-51
    3.3.3 氧化锗纳米线的发光机理解释  51-54
  3.4 本章小结  54
  参考文献  54-57
第四章 锗纳米线的表面性质研究  57-85
  4.1 引言  57-58
  4.2 表面氢终止的锗纳米线及其稳定性研究  58-63
    4.2.1 氢终止的锗纳米线的制备  58-61
    4.2.2 氢终止的锗纳米线在空气中的稳定性研究  61-63
  4.3 锗纳米线表面还原铜纳米颗粒  63-70
    4.3.1 CuNPs/GeNWs 体系的制备  63-64
    4.3.2 溶液浓度对CuNPs/GeNWs 体系的影响  64-66
    4.3.3 利用XAFS 研究CuNPs/GeNWs 体系的电子结构  66-70
  4.4 锗纳米线表面还原银纳米颗粒及其应用  70-80
    4.4.1 AgNPs/GeNWs 体系的制备  70-71
    4.4.2 溶液浓度对AgNPs/GeNWs 体系的影响  71-73
    4.4.3 利用XPS 研究AgNPs/GeNWs 体系的电子结构  73-76
    4.4.4 AgNPs/GeNWs 体系在SERS 中的应用  76-80
  4.5 本章小结  80-81
  参考文献  81-85
第五章 结论与展望  85-88
  5.1 结论  85-86
  5.2 展望  86-88
攻读硕士学位期间的科研成果  88-89
致谢  89-90

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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
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