氧化鎵納米柱狀結(jié)構(gòu)的制備及表征.pdf

1、20世紀(jì)90年代，一種多學(xué)科交叉的高新技術(shù)——納米科技誕生了，它研究的范圍是納米尺度(1-100nm)，研究對象包括物質(zhì)分子或原子的特性和相互作用?？茖W(xué)家們通過研究這種特性及其相互作用，利用先進的納米高科技設(shè)備，可以制造人們需要的具有某一特定功能的產(chǎn)品，從而造福人類。在納米科技領(lǐng)域，納米科技的發(fā)展離不開納米材料的支撐，尤其是納米材料的制備技術(shù)、測試和表征及其相關(guān)的應(yīng)用。納米材料是20世紀(jì)末在材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來的一個新興的研究方向，納米

2、材料是指構(gòu)成材料的基本單元至少有一維在1-100nm的尺寸(即納米尺度)范圍內(nèi)，如果空間三維都在納米尺度，就是零維納米材料；有兩維處于納米尺度，則是一維納米材料；三維空間中僅有一維在納米尺度，叫做二維納米材料；如果是由以上納米材料構(gòu)成的復(fù)合材料，就是三維納米材料。由于納米材料新穎獨特的結(jié)構(gòu)特點，表現(xiàn)出一些新奇的特性，比如導(dǎo)電性好、比表面積大、催化活性強、硬度高等，因此納米材料受到科學(xué)家和科研工作者的極大關(guān)注。
　　本文中采用兩種不

3、同的原料分別是氧化鎵(Ga2O3)和碳(C)的混合粉末、單質(zhì)鎵和氧化鎵粉末的混合物，利用簡單的熱蒸發(fā)法在1300℃高溫下保溫一定的時間，在鍍金硅片上分別得到了氧化鎵(Ga2O3)納米棒和芯殼結(jié)構(gòu)的Ga2O3-SiOx納米同軸電纜，并用多種檢測手段對樣品的形貌、成分和結(jié)構(gòu)進行了測試和分析。主要內(nèi)容有：(1)利用熱蒸發(fā)法，以氧化鎵和碳的混合粉末為原料，鍍金Si(111)片為基底，在1300℃高溫下恒溫加熱30min和60min，制備出了氧化

4、鎵(Ga2O3)納米棒狀結(jié)構(gòu)，并利用掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對樣品形貌和成分進行分析，通過X射線衍射(XRD)等對樣品結(jié)構(gòu)進行了測試。SEM檢測表明實驗合成了大量的納米棒狀結(jié)構(gòu)，保溫30min得到的納米棒直徑在微米量級，而保溫60min得到的納米棒的直徑在400-600nm，同時EDS圖譜說明樣品很可能是氧化鎵(Ga2O3)，通過X射線衍射(XRD)檢測確定了樣品是單斜晶系的β-Ga2O3，其生長遵循氣-液-固

5、(即 VLS)生長機理，在納米結(jié)構(gòu)形成過程中，中間產(chǎn)物 Ga2O(一氧化二鎵，也稱氧化亞鎵)起關(guān)鍵作用。(2)利用熱蒸發(fā)法，以單質(zhì)鎵和氧化鎵粉末的混合物為原料，在1300℃溫度下對混合物恒溫加熱不同的時間，在硅基底上制備出了一種特殊的納米同軸電纜結(jié)構(gòu)，該樣品的形貌和成分用掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)進行檢測，結(jié)構(gòu)通過 XRD進行了分析。掃描電子顯微鏡(SEM)圖像表明該實驗制備得到了大量的直徑在100-400nm的

6、納米結(jié)構(gòu)，而且不同的恒溫加熱時間會對樣品的形貌和結(jié)構(gòu)有顯著的影響，通過透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)和能量色散X射線能譜儀(EDS)檢測確定了這種核殼結(jié)構(gòu)，即外部的 SiOx殼包裹著內(nèi)部的氧化鎵(Ga2O3)納米線，其可能的生長機理：在氧化鎵(Ga2O3)納米線生長的初期以合金液滴指引的VLS生長機理為主，當(dāng)Si基底表面覆蓋一層納米材料后，以結(jié)構(gòu)缺陷引導(dǎo)的VS生長機理在之后的納米結(jié)構(gòu)的形成過程中起主要作用,而SiOx外殼