脉冲激光沉积制备一维金属氧化物纳米材料及其性质研究

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一维金属氧化物纳米材料具有优异的电学,磁学,光学和电化学性能,是最具有应用潜能的新型功能材料之一。近年来,大量科研工作者集中研究了多种一维金属氧化物纳米材料的高温超导性、巨磁电阻性、铁电性和铁磁性等性能,同时还研究了一维金属氧化物纳米材料在低损耗传输、量子计算机、高密度磁记录、超级电容和自旋电子器件等前沿领域的应用。但是,制备形貌均一、尺寸均一、晶格结构完整、化学计量比稳定的高质量一维金属氧化物纳米材料依然是科研工作者面临的重要挑战。在众多的纳米材料制备技术中,脉冲激光沉积技术,已被证明在制备一维金属氧化物纳米材料方面具有独特的优势,能够制备高质量的一维金属氧化物纳米材料。脉冲激光沉积技术通过高能量密度的激光束将靶材直接气化,形成等离子体羽辉,等离子体羽辉继续吸收入射激光能量后,在靶材表面形成微爆炸模式,将靶材离子沿垂直靶材方向抛向基底,最终被激光蒸发的靶材离子在基底上重新沉积生长。本文中系统研究了脉冲激光沉积技术制备一维氧化锌和一维氧化钨纳米材料的实验条件,同时分别测试了样品的光致发光性质,场发射性质和电化学性质。第一部分实验工作主要集中在使用脉冲激光沉积法在Si(100)基底上沉积了两种不同形貌的一维ZnO纳米材料,通过测量样品的光致发光特性得知,ZnO样品内不存在由氧空位、氧填隙等缺陷态。第二部分实验工作主要集中在,使用脉冲激光沉积法分别在W,Ta和Cu基底上成功制备了一维W03纳米材料,通过XRD, Raman spectrum, HRTEM (SADP), XPS测试,研究了基底温度从300到700℃和背景氧气压分别维持在0,10和100mtorr’情况下,材料的生长过程。同时,测量样品的场发射性质得知,在Cu基底上沉积的树枝状WOx纳米材料具有优异的场发射性能。此外,本文还研究了水热法制备钒酸镉(Cd2V2O7)和碳酸镉纳(CdCO3)纳米材料及其发光性质。采用相同的水热体系,分别在120℃和180℃的条件下制备了单斜相的钒酸镉多晶颗粒和斜方相的碳酸镉多晶颗粒,通过测试样品的光致发光特性得知,钒酸镉和碳酸镉样品的光致发光机制与水热法制备的钒酸锌材料相似,都是因为样品内部存在缺陷态,产生杂质能级间的跃迁发光。
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