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V-Ⅵ族化合物是重要的化合物半导体材料,具有良好的光电和热电性能,本论文利用水热反应合成了一系列V-Ⅵ族化合物准一维纳米材料,利用化学自组装方法制备了大面积、有序排列的V-Ⅵ族化合物纳米花样薄膜(nanopatternfilm)。主要工作包括:
1.Bi2S3纳米线的合成,表征和电输运性能测量。利用四甲基氢氧化铵辅助水热反应方法合成出了大量高质量超长Bi2S3纳米线,纳米线的长度在几百微米到几毫米之间分布,纳米线的直径分布均匀,约为60 nm。利用X射线衍射试验和计算机模拟,高分辨像和选区电子衍射等一系列方法对纳米线的晶体结构进行了表征,试验结果表明纳米线为正交晶系结构。利用nanofactory TEM-STM样品台原位测量了单根纳米线的电输运特性和场发射性能,实验结果显示纳米线的电阻为1.2Ω cm,单根纳米线场发射阈值电压为104V,在场强为35V/μm的时候场发射电流为3.5μA,电流密度达到105A/cm2,表明Bi2S3纳米线具有良好的场发射性能。
2.Sb2S3纳米带的合成、表征和光吸收特性。利用两种不同的化学方法合成出了大量高质量超长Sb2S3纳米带。两种方法合成的纳米带分属于不同的生长机制。第一种方法是利用SbCl3和Na2S2O3直接在水热条件下反应,这种方法得到的纳米带是属于相变诱导生长机制,SbCl3和Na2S2O3先反应生成一种非晶态化合物:SbxSyOz。这种物质很不稳定,在后续的水热反应中分解生成Sb2S3纳米带。另一种方法是用S粉作为S2-源,用NaBH4作还原剂,在乙二醇辅助下,利用水热反应制备Sb2S3纳米带,这种方法得到的纳米带属于小颗粒选择性长大机制。利用X射线衍射实验和高分辨像以及选区电子衍射对两种纳米带进行了表征,两种方法得到的纳米带具有相同的晶体结构,光吸收实验显示纳米带的带隙宽度为1.56eV。
3.Sb2Se3纳米带的合成和表征。以Se粉为Se2-源,通过简单的化学方法合成出了大量高质量超长的Sb2Se3纳米带,纳米带的长度约为几十到几百微米,宽度为100-300nm,厚度为20-60nm。系列复杂的结构表征实验,包括粉末X射线衍射实验,高分辨像和选区电子衍射都显示Sb2Se3纳米带是单一的正交晶系结构,纳米带属于小颗粒选择性长大生长机制,光吸收实验显示Sb2Se3带隙宽度约为1.15eV。
4.纳米花样薄膜是认为最有可能实现纳米材料形状和尺寸控制的特殊的纳米结构。这里介绍两种通过化学自组装方法得到的三维Bi2Se3纳米花样薄膜。第一种是在乙二胺辅助下得到的玫瑰状三维Bi2Se3纳米花样薄膜,这种Bi2Se3纳米花样薄膜是由厚度小于8nm的Bi2Se3纳米片晶在Se纳米管的管壁自组装而成,反应初始阶段形成的Se纳米管对于Bi2Se3纳米花样薄膜的生长起着重要的作用,它不仅为Bi2Se3纳米花样薄膜的生长提供Se2-源,它的管状结构还天然的成为支持Bi2Se3纳米花样薄膜生长的衬底。另一种是在TBAOH辅助下的得到的三维Bi2Se3纳米花样薄膜,这种Bi2Se3纳米花样薄膜是由厚度小于12nm的Bi2Se3纳米片晶沿着两个相互垂直的方向在三维空间规则排列构成的。两种纳米花样薄膜的光吸收实验显示,它们没有带隙宽度是金属型薄膜。