發(fā)布時(shí)間：2018-11-27 14:15

【摘要】：一維納米材料因其具有結(jié)構(gòu)奇特多樣化,理化性能優(yōu)異以及廣泛的應(yīng)用前景,吸引了廣大研究人員的注意。本論文以半導(dǎo)體納米材料為研究背景,采用自行設(shè)計(jì)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)來制備多種半導(dǎo)體一維納米材料,利用SEM, TEM, XRD, SAED等表征手段對(duì)制備樣品進(jìn)行表征分析。主要研究工作有：1.硅納米線及其衍生形貌的制備和表征A.使用Si0作為原料,通入適當(dāng)反應(yīng)氣體首先制備出大量棕黃色的硅納米線,制備過程無需任何基底材料,直接沉積在石英管內(nèi)壁上,研究得知硅納米線的形態(tài)與溫度,壓強(qiáng),氣體環(huán)境有密切關(guān)系。B.根據(jù)溫度對(duì)硅納米線的影響,利用分步加熱法進(jìn)一步制備出具有三維混合結(jié)構(gòu)的硅納米線,該結(jié)構(gòu)由兩部分組成：較粗的硅納米線縱橫交錯(cuò)搭建成有大量空隙的框架,極細(xì)的硅納米線填充在大量空隙中。該結(jié)構(gòu)具有非常高的比表面積和較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),有一定的應(yīng)用前景。C. 嘗試使用廢棄硅碎片制備硅納米線,結(jié)合典型CVD反應(yīng)爐的分段加熱,在無催化劑的硅片上得到少量硅納米線,有意思的是在每一片硅片的邊緣都能得到排列有序,茂密生長(zhǎng)的硅納米線,而在硅片表面仍然只有極少量的硅納米線。猜測(cè)有缺陷的硅片表面更易生長(zhǎng)硅納米線,為了驗(yàn)證這個(gè)猜想,人為的在硅片表面用砂紙擦拭后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn),猜想獲得證實(shí)。該發(fā)現(xiàn)有利于硅納米線的選擇性生長(zhǎng)。D.嘗試采用金屬催化劑制備硅納米線,不同于常見的濺射催化劑,本論文本著簡(jiǎn)單易行的原則,直接將同組研究人員利用磁引法獲得的Ni納米線作為催化劑。結(jié)果表明,在鎳催化劑存在的情況下,硅納米線更易生長(zhǎng),并且具有良好的形態(tài)。2. 碳化硅納米線和納米針的制備和表征碳化硅材料具有帶隙寬,臨界擊穿電壓高,熱導(dǎo)率高,載流子偏移速度大,介電常數(shù)小等特點(diǎn),以及輻射能力強(qiáng),機(jī)械性能好等特性,成為熱門的第三代寬帶隙半導(dǎo)體,是制作高溫,高頻,大功率,光電子,抗輻射,高速器件的理想材料。但是SiC材料的制備相比于硅納米線難度更高。本論文利用高頻感應(yīng)設(shè)備制備出兩種形態(tài)的SiC納米材料。A.本論文利用電磁感應(yīng)反應(yīng)爐的快速加熱,終點(diǎn)溫度高的優(yōu)點(diǎn),使用硅材料(SiO2, Si, SiO)和碳材料(石墨粉,炭黑)制備出高質(zhì)量的碳化硅納米線,并且在超聲焊接SiC器件上得到了應(yīng)用。B.嘗試采用碳纖維作為碳源和沉積基底,制備出倒置生長(zhǎng)的碳化硅納米針并研究了其生長(zhǎng)機(jī)理。該納米針生長(zhǎng)在碳纖維基底上,具有倒置生長(zhǎng)的特性,即尖端在基底上,粗端朝外。該生長(zhǎng)形態(tài)異于一般的納米針,對(duì)生長(zhǎng)機(jī)理的理解有積極作用。3.氧化鋅一維納米材料的制備和表征氧化鋅是一種直接帶隙半導(dǎo)體,帶隙寬度為3.37ev,具有較高的激子束縛能和熱穩(wěn)定性,并且制備方法多樣,納米形態(tài)繁多。因此在過去的幾十年中一直是研究熱點(diǎn)。本論文采用簡(jiǎn)易的電磁感應(yīng)設(shè)備,研究制備出三種形態(tài)的氧化鋅納米材料,分別是：A.直接使用氧化鋅粉末和焦炭粉末混合加熱,不使用催化劑和額外氣體,直接使用空氣作為反應(yīng)氣體,制備出大量的氧化鋅納米帶.B.適當(dāng)調(diào)節(jié)氣體氛圍,制備出具有四角狀的氧化鋅納米材料C.研究過程中,發(fā)現(xiàn)制備獲得的樣品中存在少量梳子狀納米材料,對(duì)其形成過程進(jìn)行機(jī)理分析4.碳納米管和石墨烯衍生形貌的制備和表征。本論文對(duì)碳納米管的制備不再贅述,重點(diǎn)研究了以下碳質(zhì)材料的制備和表征：A.首先在硅片表面存在大量鐵質(zhì)催化劑的情況下,制備出具有章魚狀的碳質(zhì)納米材料,具體形貌為,一顆納米鐵顆粒下催化生長(zhǎng)出數(shù)條(2-15)線性碳質(zhì)材料,形如章魚。研究發(fā)現(xiàn)碳質(zhì)材料的形貌和催化劑的密度,顆粒大小,生長(zhǎng)環(huán)境中氫氣的含量有密切關(guān)系。B.減少催化劑顆粒的密度和顆粒大小,增大氫氣含量,首次用CVD的方法制備出單根的石墨烯納米帶,研究過程得知,該石墨烯納米帶為單根碳納米管在鐵催化劑存在的情況下“切鏈”得到C.結(jié)合硅納米線的制備方法,首次制備出硅納米線-石墨烯核殼結(jié)構(gòu)的納米材料。
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【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TB383.1

【共引文獻(xiàn)】

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4 計(jì)道s，

本文編號(hào)：2361079