若干金屬及氧化物準(zhǔn)一維納米材料的制備及應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、準(zhǔn)一維納米材料以其獨特的電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)特性引起了科學(xué)家們的研究興趣。本博士論文首先綜述了準(zhǔn)一維納米材料的研究進(jìn)展，并介紹了金屬鎢、鉬及其氧化物和氧化鋅準(zhǔn)一維納米材料的研究現(xiàn)狀。論文進(jìn)而重點介紹了我們在金屬鎢、鉬及其氧化物和氧化鋅準(zhǔn)一維納米材料的制備、表征、生長機理和探索性應(yīng)用等方面的研究結(jié)果。本論文的主要研究成果概括如下： 1.發(fā)展了用熱蒸發(fā)法制備較大面積垂直于襯底表面生長的金屬鎢、鉬及其氧化物準(zhǔn)一維納米材料陣列的方法。這種方

2、法簡單、直接，不需要使用任何催化劑和特殊襯底，可以直接用來合成較大面積垂直于襯底表面生長的W<,18>O<,49>納米線陣列、W<,18>O<,49>納米針尖陣列、二氧化鉬納米線陣列和單質(zhì)鋁納米線陣列等。我們重點研究了W<,18>O<,49>納米線陣列和單質(zhì)鉬納米線的生長機理，認(rèn)為W<,18>O<,49>納米線陣列在生長過程中遵循競爭空間生長模型，競爭空間生長模型同樣適用于其它幾種準(zhǔn)一維納米材料陣列的生長，澄清了熱蒸發(fā)法直接生長單質(zhì)鉬、

3、鎢納米線的物理化學(xué)機理，提出歧化分解反應(yīng)是熱蒸發(fā)法直接生長單質(zhì)鉬、鎢納米線的關(guān)鍵。 2.發(fā)展了利用垂直有序準(zhǔn)一維納米材料陣列作為模板合成其它垂直有序準(zhǔn)一維納米材料陣列的方法。我們通過氧化和還原處理二氧化鉬納米線陣列，分別合成了三氧化鉬納米線陣列和單質(zhì)鉬納米線陣列；通過氧化W<,18>O<,49>納米線陣列合成了三氧化鎢納米線陣列；利用氧化鋅納米線陣列作為模板，通過調(diào)節(jié)氧化鋅納米線模板的尺寸和退火溫度條件首次合成了氧化鋅-硅同軸納

4、米線陣列、硅酸鋅納米管陣列以及氧化鋅納米線-硅酸鋅納米管異質(zhì)結(jié)陣列。這種合成方法是一種普適的方法，可以用來合成一系列新型的垂直有序準(zhǔn)一維納米材料陣列。此外，我們還利用各種形貌的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)作為模板制備了形貌可控、剛性、高質(zhì)量的碳化硅空心納米結(jié)構(gòu)。 3.首次合成了單晶的氧化鎢(WO<,3-δ>)納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并提出了有序氧空位面缺陷誘導(dǎo)生長機制。WO<,3-δ>納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的氣敏選擇性和極高的探測靈敏度，可探測濃度低

5、至50 ppb的NO<,2>氣體。 4.研究了W<,18>O<,49>納米線陣列、W<,18>O<,49>納米針尖陣列、三氧化鉬納米線陣列、二氧化鉬納米線陣列及單質(zhì)鉬納米線陣列的場致電子發(fā)射性能。研究結(jié)果表明它們具有比大多數(shù)其它準(zhǔn)一維納米材料更低的閾值電場和更大的最高發(fā)射電流密度，此外還具有更優(yōu)異的場致電子發(fā)射地址分布均勻性。其中，W<,18>O<,49>納米針尖陣列的場致電子發(fā)射特性比較突出，其閾值電場約為4.25 MV/m，

6、電流波動性約為1.0﹪. 5.原位研究了單根氧化鋅納米線的場致電子發(fā)射性能。從實驗上測得單根氧化鋅納米線的最高發(fā)射電流密度約為2.6×10<'8>A/m<'2>，理論模擬結(jié)果證明單根氧化鋅納米線的臨界發(fā)射電流密度是與其自身的電阻率有關(guān)系的。探討了造成氧化鋅納米線場致電子發(fā)射F-N曲線非線性的原因，認(rèn)為主要原因可能與氧化鋅納米線本身的半導(dǎo)體性和高阻性有關(guān)。此外，還觀察到氧化鋅納米線場致電子發(fā)射閾值電場隨著真空距離的增加而逐漸降低。