發(fā)布時(shí)間：2021-10-19 18:01

　　上世紀(jì)90年代納米技術(shù)的興起推動(dòng)了納米材料的研究熱潮和蓬勃發(fā)展。半導(dǎo)體納米材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而受到了廣泛關(guān)注。半導(dǎo)體納米材料的性質(zhì)不僅與其尺寸和形狀密切相關(guān),還由于納米構(gòu)造基元間相互作用的存在受到其組裝形態(tài)的影響�！白韵露稀钡慕M裝方法不僅可以精細(xì)調(diào)控單一組分的組裝行為,還可以引入其他組分形成雜化結(jié)構(gòu)以優(yōu)化性能。深入了解半導(dǎo)體納米材料的組裝機(jī)理,解析分子及納米尺度上的多重作用力,是利用組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)多粒子、多組分組裝結(jié)構(gòu)中協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)的關(guān)鍵。本論文以氧化鋅（ZnO）為研究對(duì)象,通過(guò)可控組裝實(shí)現(xiàn)了一系列ZnO及其雜化納米材料的組裝結(jié)構(gòu),利用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式揭示了組裝結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理,并對(duì)其應(yīng)用性能進(jìn)行了研究。本文旨在為納米材料的可控組裝提供理論支持,主要研究?jī)?nèi)容包括:自組裝是納米粒子（NPs）形成有序超結(jié)構(gòu)的通用方法之一,完善的自組裝機(jī)理有利于精確控制NPs間復(fù)雜的相互作用。通過(guò)將ZnO NPs分散在水中,誘導(dǎo)其自發(fā)形成高產(chǎn)量微米長(zhǎng)度的ZnO NPs鏈。利用光譜測(cè)試研究了溶劑對(duì)ZnO NPs表面性質(zhì)的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和多尺度理論模擬的結(jié)合分析,提出了水中NPs間氫鍵和偶極-... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：154 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

球-棍模式的六方相ZnO結(jié)構(gòu)及其不同面的原子模型[28].Fig.1-1Stick-and-ballrepresentationsofthehexagonalwurtziteZnOstructureandatomicmodelsofdifferentsurfaces[28].

第1章緒論-5-合成了超長(zhǎng)ZnO納米帶[35]，如圖1-2a所示。這種生長(zhǎng)過(guò)程主要是VS過(guò)程控制的，在這個(gè)過(guò)程中，蒸汽直接沉積在有更低溫度的基板上，得到了無(wú)缺陷ZnO納米帶。自此之后，人們成功地合成出了多種多樣其他形貌的ZnO納米材料。圖1-2氣相法得到的ZnO納米結(jié)構(gòu):a)納米帶[35].b)ZnO納米線[38]和c)ZnO粉末[39]得到的ZnO梳狀結(jié)構(gòu).d)納米管[40].e)類海膽狀ZnO[41].f)三維ZnO結(jié)構(gòu)[42].Fig.1-2ZnOnanostructuresobtainedbygasphasemethods:a)Nanobelts[35].Combstructuresmadeofb)ZnOnanowires[38]andc)ZnOpowder[39].d)Nanotubes[40].e)Urchin-likeZnO[41].f)3DZnOstructure[42].在載有空氣的爐中將Zn箔加熱至700℃，不需要任何額外的載氣[37]，通過(guò)控制加熱速率，可以得到不同形貌的ZnO，包括多孔膜、納米線（NWs）、納米棒（NRs）和納米針。楊培東課題組報(bào)道通過(guò)精確控制合成了由單晶ZnONWs的周期性陣列得到的高產(chǎn)量微梳狀結(jié)構(gòu)[38]，如圖1-2b所示。有報(bào)道通過(guò)增加生長(zhǎng)時(shí)間來(lái)影響梳子的尺寸甚至相關(guān)NWs的形狀[39]，如圖1-2c所示。還有文獻(xiàn)報(bào)道無(wú)催化劑，450-500℃下氧化法在Zn箔上垂直生長(zhǎng)ZnONRs陣列[41]，圖1-3是它的實(shí)驗(yàn)示意圖。用高度彎曲的Zn微球代替扁平的Zn箔，可以獲得復(fù)雜a)b)c)d)e)f)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-6-的類海膽狀ZnONRs超結(jié)構(gòu)，如圖1-2e所示。圖1-3采用氣相法在Zn箔上生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列的示意圖[41].Fig.1-3SchematicdiagramoftheZnOnanorodarraysgrownonzincfoils[41].在采用VLS方法中，氧分壓和室壓是影響生長(zhǎng)機(jī)制的重要參數(shù)，從而影響ZnO的最終結(jié)構(gòu)[36]。其他條件相同，通過(guò)增加氧含量，可以合成ZnONWs、梳狀結(jié)構(gòu)和納米片。并且催化劑種子層對(duì)NWs也具有重大影響，只要改變金層厚度，就可以控制NWs的生長(zhǎng)。原子層沉積（ALD）可以把氣相前驅(qū)體通過(guò)反應(yīng)器沉積在基底上反應(yīng)形成沉積膜，也就是以單原子膜的方式一層層地鍍?cè)诨|(zhì)表面。有研究報(bào)道了在自組裝的嵌段共聚物模板中通過(guò)ALD方法得到了全晶體具有20-40nm寬支柱的三維介孔ZnO支架[42]。ALD表面反應(yīng)的自限制性導(dǎo)致三維表面的保形涂層�；卓讖街挥�30nm，形成最小微晶也會(huì)導(dǎo)致孔堵塞，因此必須良好地控制模具的表面化學(xué)成分。在這個(gè)體系中，羥基基團(tuán)密集覆蓋在孔隙表面。實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是繞過(guò)材料沉積時(shí)ZnO的快速結(jié)晶。1.2.2.2液相法液相法的過(guò)程是通過(guò)各種途徑將均勻溶液中的溶質(zhì)和溶劑分離，得到溶質(zhì)是具有一定形貌和尺寸的顆�；蛘卟牧系那膀�(qū)體，然后經(jīng)過(guò)干燥或者熱分解后獲得納米顆粒。通常使用的液相法為溶膠-凝膠法、化學(xué)溶液法、沉淀法、溶劑熱和水熱法等。由于中間過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，液相法的形成機(jī)制沒(méi)有氣相法完善。在液相法中，納米粒子（NPs）的形成是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)過(guò)程，而受動(dòng)力學(xué)還是熱力學(xué)控制可以解釋成：產(chǎn)物的形成是因?yàn)橥ㄏ蛩耐緩接凶畹偷哪芰縿?shì)壘，還是因?yàn)樗亲罘�(wěn)定的狀態(tài)。無(wú)論材料的組成如何，NPs的典型生長(zhǎng)過(guò)程都是相似的�；瘜W(xué)反應(yīng)產(chǎn)生自由原子或分子，并用于生長(zhǎng)，這些自由原子或分子如何相互結(jié)?

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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