一維無(wú)機(jī)納米線的模板法制備及應(yīng)用研究.pdf

1、一維納米線結(jié)構(gòu)由于其在光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)及光電轉(zhuǎn)換等方面的應(yīng)用潛力，已日益引起越來(lái)越多的關(guān)注。具有高長(zhǎng)徑比的納米線可以作為一種良好的能量傳遞材料，經(jīng)過合理的組裝手段可有效地用于制造基于電子、光子、聲子等粒子傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能應(yīng)用的器件。同時(shí)，許多納米線本身也可作為模板來(lái)合成其它一系列的一維納米線。硫族元素及化合物是一類非常重要的材料，其中多種硫族化合物在熱電和光電方面具有優(yōu)異的性能。本課題組之前也成功合成了超細(xì)均一的碲納米線，并以其為模板

2、通過水熱和溶劑熱方法能夠有效地制備多種碲化物納米線和碳纖維等。但是由于碲納米線產(chǎn)量較低，所以盡管得到的一維碲化物納米材料具有優(yōu)異的光電、熱電和光導(dǎo)等性能，卻難以將其轉(zhuǎn)換為具有實(shí)用化的功能器件。本論文將圍繞在如何實(shí)現(xiàn)超細(xì)碲納米線的規(guī)?；苽涞年P(guān)鍵科學(xué)問題上展開實(shí)驗(yàn)研究，并探索以其為模板來(lái)大量合成其他碲化物納米線材料和雜化材料。所取得的主要研究成果如下:
　　1、成功實(shí)現(xiàn)了超細(xì)碲納米線的一次性亞千克規(guī)模的制備。利用水熱法一次性可以獲得

3、多達(dá)150克的均一高質(zhì)量的超細(xì)碲納米線，該納米線的直徑為7-9納米，與原合成方法得到的產(chǎn)物相比沒有差別。本工作創(chuàng)新之處在于:在原實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，首先調(diào)整了原反應(yīng)產(chǎn)物亞碲酸鈉的濃度，通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)證明可以在原實(shí)驗(yàn)條件基礎(chǔ)上最多將其濃度擴(kuò)大10倍而不影響產(chǎn)物的質(zhì)量;再通過對(duì)軟模板聚乙烯吡咯烷酮含量的調(diào)節(jié)，找到合適的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)保證納米線的均一化和穩(wěn)定性;最后對(duì)反應(yīng)釜的體積逐步放大，發(fā)現(xiàn)隨反應(yīng)釜體積的增大，合成產(chǎn)物所需時(shí)間越長(zhǎng)，具體時(shí)間需要根據(jù)

4、不同反應(yīng)釜的規(guī)格通過實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。另外為了檢測(cè)大規(guī)模合成的碲納米線是否具有與原條件下合成的碲納米線相同的化學(xué)反應(yīng)活性，我們選擇了之前報(bào)道過的以超細(xì)碲納米線為模板合成碲化物和碳纖維的文獻(xiàn)進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果表明大規(guī)模量產(chǎn)的碲納米線無(wú)論在物理結(jié)構(gòu)、形貌，及化學(xué)反應(yīng)活性上都與之前報(bào)道的類似。
　　2、利用超細(xì)碲納米線為犧牲模板，采用一種簡(jiǎn)單快速的液相方法成功合成了具有較高長(zhǎng)徑比的均一碲化鉍納米線，并對(duì)其熱電性能進(jìn)行了研究。碲化鉍作為一種在

5、室溫下具有高熱電優(yōu)值的能源材料，其具有非常高的研究?jī)r(jià)值。我們采用了加熱包作為熱源進(jìn)行液相反應(yīng)，與先前的模板導(dǎo)向的水熱合成過程相比，反應(yīng)過程更加快速高效。而且，所制備的碲化鉍納米線結(jié)晶性良好。其中采用三乙二醇這種具有較高沸點(diǎn)且穩(wěn)定性好的試劑作為溶劑是保證實(shí)驗(yàn)成功的一個(gè)重要因素。另外，根據(jù)時(shí)間影響條件實(shí)驗(yàn)可知，此模板法合成過程同時(shí)涉及到Kirkendall效應(yīng)以及Ostwald成熟過程，這與作為模板的超細(xì)碲納米線的化學(xué)反應(yīng)活性密切相關(guān)。通過

6、對(duì)其熱電性能的研究發(fā)現(xiàn)，雖然一維納米線結(jié)構(gòu)的碲化鉍在熱導(dǎo)上就較大的降低，這與文獻(xiàn)報(bào)道相吻合，但其電阻率卻又很大的增加。一是由于合成過程中殘留的表面活性劑分子會(huì)吸附在產(chǎn)物表面，增大其電阻率;二是由于壓片技術(shù)的限制破壞了納米線的結(jié)構(gòu)所致。
　　3、以超細(xì)碲納米線為物理模板通過外延生長(zhǎng)法成功合成了均勻的高質(zhì)量的TexSey@Se納米線以及TexSey@Se核殼結(jié)構(gòu)的納米線。在超細(xì)碲納米線存在的前提下，當(dāng)合成硒單質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，產(chǎn)生的

7、硒原子會(huì)自發(fā)地附著于碲納米線表面進(jìn)行成核和生長(zhǎng)。因?yàn)槲哂泻晚谙嗤木w結(jié)構(gòu)，所以部分硒原子能夠進(jìn)入到原納米線結(jié)構(gòu)中取代部分碲原子，形成相應(yīng)的超細(xì)TexSey納米線。同時(shí)可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間和硒源的濃度，能夠得到直徑可控的TexSey@Se核殼結(jié)構(gòu)的納米線。因超細(xì)碲納米線的規(guī)?；慨a(chǎn)，從而也可以實(shí)現(xiàn)這種雜化納米線的量產(chǎn)。與純碲納米線相比，TexSey@Se核殼結(jié)構(gòu)的納米線具有更加優(yōu)異的光導(dǎo)性質(zhì)。研究結(jié)果表明，可通過硒含量來(lái)調(diào)節(jié)其光導(dǎo)性質(zhì)