低維難熔金屬氧化物微-納米結(jié)構(gòu)的制備及其性能的研究.pdf

1、過(guò)渡族金屬氧化物的納米材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),在催化、傳感、光學(xué)、磁學(xué)和電學(xué)等領(lǐng)域顯示廣泛的應(yīng)用前景。制備金屬氧化物的低維納米材料、探索其生長(zhǎng)機(jī)制、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)尺寸、維度的調(diào)控,對(duì)于深入研究形貌與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)、最終實(shí)現(xiàn)按照人們的意愿設(shè)計(jì)合成具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料具有重要意義。本論文在氧化鉬、鎢低維納米結(jié)構(gòu)合成新方法的設(shè)計(jì)、形成機(jī)制及性能等方面進(jìn)行了探索研究。論文的主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)提出了制備低維MoO2微/納米結(jié)

2、構(gòu)的新方法。以MoO3粉末和石墨為原料,在氮?dú)鈿夥罩?加熱到850℃通過(guò)氣相沉積方法在硅基底表面得到具有不同形貌的MoO2微/納米結(jié)構(gòu)體,包括枝晶、微/納米片和晶須。主要產(chǎn)物為單晶MoO2微/納米片,形貌呈矩形,長(zhǎng)寬在幾微米到幾十微米之間,厚度在200nm左右,具有單斜結(jié)構(gòu)。硅片上產(chǎn)物的不同形貌主要是由于氣相反應(yīng)物的濃度引起的。中等的氣相反應(yīng)物濃度是MoO2微/納米片產(chǎn)物的主要原因。MoO2微/納米片優(yōu)先沿<010>和<101>生長(zhǎng),保

3、證了MoO2微/納米片的表面能最低。
　　 (2)采用一種簡(jiǎn)單的氣相方法在鎢基片表面大規(guī)模合成出氧化鎢單晶微/納米棒陣列,氧化鎢微/納米棒具有完好的單斜單晶結(jié)構(gòu),沿<010>方向生長(zhǎng)。論文系統(tǒng)地研究了生長(zhǎng)溫度、鎢片位置、保溫時(shí)間和水浴溫度對(duì)氧化鎢微/納米結(jié)構(gòu)形成的影響。研究表明:在同一溫度下,離氣源出口較近的地方所形成的產(chǎn)物為氧化鎢微/納米帶,直徑大于1μm,長(zhǎng)度為幾十微米;但在離氣源出口遠(yuǎn)些的地方得到的氧化鎢微/納米棒的長(zhǎng)度較

4、短;隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng),鎢片上得到的氧化鎢微/納米棒陣列密度和長(zhǎng)度都逐漸增大;溫度升高使得氧化鎢微/納米棒的陣列密度提高,直徑增大;沒(méi)有加水浴時(shí),得到的氧化鎢微/納米棒陣列密度較低,長(zhǎng)度較短。水浴溫度為60℃時(shí),得到很粗的氧化鎢微米棒。一維氧化鎢微/納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過(guò)程可以由Vapor-Solid機(jī)制解釋。
　　 (3)MoO2微/納米片在200～300 nm的紫外光范圍有強(qiáng)的吸收帶,通過(guò)計(jì)算得到MoO2微/納米片的帶隙寬度為4.2

5、2 eV。在304.6nm(4.1 eV)、343.5 nm(3.62 eV)、350.6 nm(3.54 eV)處有較強(qiáng)的發(fā)光峰。判定304.6 nm(4.1 eV)處的發(fā)光峰是由于電子在導(dǎo)帶和價(jià)帶間躍遷產(chǎn)生的,而其它兩個(gè)發(fā)光峰是由于氧空位等缺陷造成的。
　　 (4)對(duì)不同溫度下生長(zhǎng)的氧化鎢微/納米棒的場(chǎng)發(fā)射性能做了研究。研究表明:在900℃下生長(zhǎng)的氧化鎢微/納米棒具有最低的開(kāi)啟場(chǎng)強(qiáng)值5.37 V/μm,而800,850,95