電弧放電法生長準(zhǔn)一維納米材料的機(jī)理及其特性研究.pdf

1、準(zhǔn)一維納米材料是指在兩維方向上為納米尺度的新型納米材料，可用于新型納米電子器件、傳感器、復(fù)合材料和能源等領(lǐng)域。電弧放電是生長準(zhǔn)--維納米材料的主要方法之一，具有加熱效率高、溫度梯度大的特點(diǎn)，同時(shí)還提供準(zhǔn)一維納米材料生長的溫度條件。根據(jù)電弧放電的特點(diǎn)，自行設(shè)計(jì)制作了一套電弧放電系統(tǒng)，包括電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、真空配氣裝置、放電電路和控制電路設(shè)計(jì)等。在該實(shí)驗(yàn)裝置上分別生長了單壁碳納米管、SiC納米絲/棒和ZnO納米棒，分析了生長機(jī)理。并實(shí)驗(yàn)研究了S

2、iC納米絲/棒和ZnO納米棒的光致發(fā)光特性。 用電弧放電法Co/Ni催化生長了直徑約20-30nm的單壁碳納米管管束，電鏡和拉曼光譜分析表明，單根納米管直徑1.3-1.4nm，純度較高。碳納米管生成過程的電弧光譜測(cè)試結(jié)果表明，電弧等離子體中有大量的C<,2>分子，電弧溫度約4700K，并隨著放電過程和制備參數(shù)變化而變化，從而影響碳納米管的生成效率。生長機(jī)理分析認(rèn)為單壁碳納米管成核于液態(tài)金屬納米顆粒表面過飽和析出的石墨片層中的缺陷

3、，生長過程中金屬原子位于碳納米管生長開口端，促進(jìn)碳簇的沉積和碳納米管的生長。用電弧放電法生長了SiC納米晶須。當(dāng)生長過程中沒有金屬催化劑參加時(shí)，生成了少量的納米絲，碳納米管限域反應(yīng)和VS機(jī)制是其生成的主要原因；當(dāng)從陰極或陽極混合材料中有金屬參加反應(yīng)過程時(shí)，生成物為納米棒或納米絲/棒，產(chǎn)率較高，金屬催化的VLS機(jī)制是其生成的主要原因。SiC納米棒和納米線的光致發(fā)光譜測(cè)試中表現(xiàn)出由量子限制效應(yīng)引起的藍(lán)綠光發(fā)射。以ZnO粉末為原料用電弧放電法

4、生長了ZnO納米棒，其直徑從幾個(gè)納米到接近100nm，主要分布在10-25nm，長徑比在5以上，并有大量四角狀納米棒生成。ZnO納米棒的主要形成機(jī)理是VS機(jī)制，四角狀納米棒是以八面體核心生長起來的，單根的納米棒可能來源于四角狀納米棒的斷腿。ZnO納米棒的光致發(fā)光譜中有一個(gè)389nm窄的近紫外發(fā)光峰和一個(gè)峰位520nm寬的綠光發(fā)光峰，分別來源于近帶邊激子發(fā)射和氧空位造成的結(jié)構(gòu)缺陷。以Zn粉為原料或在ZnO原料粉末中摻入金屬粉時(shí)，都能生成Z