本文關(guān)鍵詞：一維氧化鋅納米材料的制備調(diào)控及微尺度性能研究

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【摘要】：眾所周知,研究宏觀材料的性質(zhì)時(shí),由于其較大的尺寸,被研究的材料可以看作是大晶體,相應(yīng)的模型可以得到極大的簡(jiǎn)化,然而當(dāng)材料尺寸逐漸減小,到了微米甚至納米尺寸,那么對(duì)于內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)而言,其晶體材料將不再是大晶體,因此,之前的理論模型需要被重新修正。同時(shí),由于納米材料具有極大的比表面積,處于表面的原子比例急劇增加,相應(yīng)的其物理化學(xué)性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。所以納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)需要重新測(cè)量。目前,對(duì)于如何利用單根納米結(jié)構(gòu)制備器件,仍然需要人們進(jìn)行不斷的探索,其中很重要的工作就是表征單根納米結(jié)構(gòu)的性能。因此,對(duì)于材料的微觀尺度性能的測(cè)量變得意義非凡。納米材料種類繁多,以一維氧化鋅(ZnO)納米材料為代表,由于在力學(xué)、電學(xué)等性能上具有顯著特點(diǎn),迄今為止在納米機(jī)電系統(tǒng),傳感器、能源等領(lǐng)域已經(jīng)顯示出良好的應(yīng)用前景。目前,在一維ZnO納米材料研究領(lǐng)域,關(guān)注的重點(diǎn)包括一維ZnO納米材料的可控及高產(chǎn)率制備,結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控、納米材料的性能測(cè)試與評(píng)價(jià)等方面。本文圍繞一維ZnO納米材料的制備調(diào)控以及微尺度性能方面展開(kāi)研究,主要內(nèi)容以及具體結(jié)果總結(jié)如下:1、采用熱蒸發(fā)物理氣相沉積(PVD)的方法成功制備出均勻的ZnO納米線,長(zhǎng)度為數(shù)十微米,直徑為200~300 nm;通過(guò)向ZnO粉末中混合銻粉末(Sb)和碳酸鋰(Li2CO3),質(zhì)量比為5:1:2.5,在高溫區(qū)成功合成了ZnO納米線螺旋,在低溫區(qū)成功合成ZnO納米線圈,并分析了其形成機(jī)理;以質(zhì)量比為5:1:1,分別混合了ZnO、銦粉末(In)和氧化鎵(Ga2O3),成功制備出之字型ZnO納米線。2、采用彎曲法對(duì)單根ZnO納米線進(jìn)行了力學(xué)性能的測(cè)量。以長(zhǎng)度為22.6μm,直徑為220nm的ZnO納米線為例,通過(guò)納米四探針測(cè)量系統(tǒng)施加橫向作用力,結(jié)合FMA力學(xué)分析軟件測(cè)得力與位移的關(guān)系曲線,得出K=8.62N/m,根據(jù)懸臂梁模型的理論公式計(jì)算,算出其彈性模量為288.6GPa。通過(guò)對(duì)其他單根ZnO納米線的測(cè)量,得出平均彈性模量為289.52GPa。以長(zhǎng)度為12.3μm,直徑為260nm的ZnO納米線為例,施加縱向作用力,測(cè)得彈性系數(shù)為K=13.28 N/m,根據(jù)雙端固支梁模型的理論公式,計(jì)算出彈性模量為337GPa。通過(guò)對(duì)其他單根ZnO納米線的測(cè)量,得出平均彈性模量324GPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單根ZnO納米線的彈性模量比塊體材料要大。這是由于位于晶體表面的原子其狀態(tài)與內(nèi)部原子差異顯著,而隨著納米材料尺寸減小,表面原子比例逐漸增加,其對(duì)彈性模量的影響亦逐漸增加,從而導(dǎo)致納米材料楊氏模量遠(yuǎn)大于塊體材料。3、將納米四探針系統(tǒng)與半導(dǎo)體測(cè)量系統(tǒng)相連接,引入綠光和紫光照射樣品,其宏觀狀態(tài)下的電阻率為10-4Ω·cm,實(shí)驗(yàn)表明,光照可以有效增加ZnO納米線的導(dǎo)電性,且紫光增強(qiáng)效果最佳;通過(guò)酒精分散樣品,將少量樣品滴在石英片上,采用機(jī)械手臂分離出單根ZnO納米線。將兩個(gè)機(jī)械手臂分別搭在線的兩端,測(cè)得其電導(dǎo)率大約在15.2S·cm-1,遠(yuǎn)低于塊體材料,究其原因則可以歸結(jié)為納米材料的邊界散射效應(yīng)。采用同樣的方法,測(cè)量了之字型ZnO納米線的電阻,其值為1.54×106Ω,遠(yuǎn)高于相同尺寸的普通納米線的電阻3.89×105Ω,其原因?yàn)橹中蚙nO納米線生長(zhǎng)方向不斷改變,形成的晶面邊界對(duì)電子有阻礙作用,影響導(dǎo)電性。本實(shí)驗(yàn)所提出的測(cè)量方法,大大降低了對(duì)樣品的要求以及簡(jiǎn)化了樣品制備的繁瑣過(guò)程,并且通過(guò)專有的分析軟件分析數(shù)據(jù)并得出結(jié)論,增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ132.41;TB383.1

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 杜仕國(guó),施冬梅,鄧輝;納米材料的特異效應(yīng)及其應(yīng)用[J];自然雜志;2000年02期

2 ;納米材料 新世紀(jì)的黃金材料[J];城市技術(shù)監(jiān)督;2000年10期

3 ;什么是納米材料[J];中國(guó)粉體技術(shù);2000年05期

4 鄒超賢;納米材料的制備及其應(yīng)用[J];廣西化纖通訊;2000年01期

5 吳祖其;納米材料[J];光源與照明;2000年03期

6 ;納米材料的特性與應(yīng)用方向[J];河北陶瓷;2000年04期

7 沈青;納米材料的性能[J];江蘇陶瓷;2000年01期

8 李良訓(xùn);納米材料的特性及應(yīng)用[J];金山油化纖;2000年01期

9 劉冰,任蘭亭;21世紀(jì)材料發(fā)展的方向—納米材料[J];青島大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年03期

10 劉憶,劉衛(wèi)華,訾樹(shù)燕,王彥芳;納米材料的特殊性能及其應(yīng)用[J];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2000年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王少?gòu)?qiáng);邱化玉;;納米材料在造紙領(lǐng)域中的應(yīng)用[A];'2006（第十三屆）全國(guó)造紙化學(xué)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

2 宋云揚(yáng);余濤;李艷軍;;納米材料的毒理學(xué)安全性研究進(jìn)展[A];2010中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第四卷)[C];2010年

3 ;全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2001年

4 鐘家湘;葛雄章;劉景春;;納米材料改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的實(shí)踐與建議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2001年

5 高善民;孫樹(shù)聲;;納米材料的應(yīng)用及科研開(kāi)發(fā)[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2001年

6 ;全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（下卷）[C];2001年

7 金一和;孫鵬;張穎花;;納米材料的潛在性危害問(wèn)題[A];中國(guó)毒理學(xué)通訊[C];2001年

8 張一方;呂毓松;任德華;陳永康;;納米材料的二種制備方法及其特征[A];第四屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

9 古宏晨;;納米材料產(chǎn)業(yè)化重大問(wèn)題及共性問(wèn)題[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2003年

10 馬玉寶;任憲福;;納米科技與納米材料[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2003年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 記者 周建人;我國(guó)出臺(tái)首批納米材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[N];中國(guó)建材報(bào);2005年

2 記者 王陽(yáng);上海形成納米材料測(cè)試服務(wù)體系[N];上海科技報(bào);2004年

3 ;納米材料七項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2005年

4 通訊員 韋承金邋記者 馮國(guó)梧;納米材料也可污染環(huán)境[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

5 廖聯(lián)明;納米材料 利弊皆因個(gè)頭小[N];健康報(bào);2009年

6 盧水平;院士建議開(kāi)展納米材料毒性研究[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

7 郭良宏 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員 江桂斌 中國(guó)科學(xué)院院士;納米材料的環(huán)境應(yīng)用與毒性效應(yīng)[N];中國(guó)社會(huì)科學(xué)報(bào);2010年

8 記者 任雪梅　莫璇;中科院納米材料產(chǎn)業(yè)園落戶佛山[N];佛山日?qǐng)?bào);2011年

9 實(shí)習(xí)生 高敏;納米材料：小身材涵蓋多領(lǐng)域[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

10 本報(bào)記者 李軍;納米材料加速傳統(tǒng)行業(yè)升級(jí)[N];中國(guó)化工報(bào);2013年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 楊楊;功能化稀土納米材料的合成及其生物成像應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 王艷麗;基于氧化鈦和氧化錫納米材料的制備及其在能量存儲(chǔ)中的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

3 吳勇權(quán);含銪稀土納米材料的功能化及其生物成像應(yīng)用研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 曹仕秀;二硫化鎢(WS_2)納米材料的水熱合成與光吸收性能研究[D];重慶大學(xué);2015年

5 廖蕾;基于功能納米材料的電化學(xué)催化研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

6 胥明;一維氧化物、硫化物納米材料的制備，，功能化與應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

7 李淑煥;納米材料親疏水性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定與計(jì)算預(yù)測(cè)[D];山東大學(xué);2015年

8 范艷斌;亞細(xì)胞水平靶向的納米材料的設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 丁泓銘;納米粒子與細(xì)胞相互作用的理論模擬研究[D];南京大學(xué);2015年

10 駱凱;基于金和石墨烯納米材料的生物分子化學(xué)發(fā)光新方法及其應(yīng)用[D];西北大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 向蕓頡;卟啉納米材料的制備及其應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2010年

2 劉武;層狀納米材料/聚合物復(fù)合改性瀝青的制備與性能[D];華南理工大學(xué);2015年

3 劉小芳;基于納米材料/聚合膜材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器應(yīng)用于生物小分子多組分的檢測(cè)[D];西南大學(xué);2015年

4 王小萍;基于金納米材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器及其應(yīng)用[D];上海師范大學(xué);2015年

5 郭建華;金納米材料的修飾及其納米生物界面的研究[D];河北大學(xué);2015年

6 魏杰;普魯士藍(lán)納米粒子的光熱毒性研究[D];上海師范大學(xué);2015年

7 張華艷;改性TiO_2納米材料的制備及其光電性能研究[D];河北大學(xué);2015年

8 胡雪連;基于納米材料的新型熒光傳感體系的構(gòu)筑[D];江南大學(xué);2015年

9 黃樊;氧化鈷基催化材料形貌、晶面控制與催化性能研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

10 周佳林;新型核殼結(jié)構(gòu)金納米材料用于腫瘤的近紅外光熱治療研究[D];浙江大學(xué);2015年

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