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近十多年来,一维纳米结构以其奇特的物理和化学性质正在全世界范围内引起越来越广泛的关注,纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带和纳米珠串等一维纳米结构的制备与性质研究也成为了纳米材料最吸引人的热点领域之一。到目前为止,已经有了一些关于II-VI族半导体一维纳米材料合成的相关报道,但作为II-VI族半导体的重要一员,碲化镉(CdTe)一维纳米材料的报道与同族的CdS和CdSe相比,相对较少,主要原因之一是在CdTe合成中所采用的碲源化合物更不稳定,因此在材料制备过程中也具有更大的挑战性。本论文选取一维CdTe纳米材料作为研究对象来开展关于制备一维半导体纳米材料的研究,期望通过进一步的研究能够开发新的一维半导体纳米材料合成方法,从而对一维半导体材料的发展及应用起到一定的促进作用。
本部分工作中,我们首次合成了新型两亲性ABC三嵌段共聚物(PAA33-PS47-PE0113),并采用此嵌段共聚物为纳米CdTe的表面修饰剂,成功合成了具有核(CdTe)/壳(PS)结构的CdTe纳米线。实现了聚丙烯酸(PAA),聚苯乙烯(PS)和聚氧乙烷(PE0)三个嵌段在核/壳结构纳米线合成过程中的独特作用。其中,PAA嵌段被用来与CdTe表面的镉离子键合,降低纳米线的表面能;通过PS嵌段在CdTe纳米线表面构筑聚苯乙烯层,用以达到提高其物理化学稳定性的目的;而PE0可被用来提高CdTe纳米线的分散性,从而有利于解决单根纳米线在器件应用中所面临的操纵难题。这项工作揭示了通过对不同嵌段的功能设计,嵌段聚合物有望应用于制备不同形貌的无机纳米材料。
以上述工作为基础,本文作者进一步研究了超长CdTe纳米管的制备与形貌控制问题。在实验中我们发现,镉离子同巯基乙酸可以形成具有一维螺旋结构的纳米带。深入研究结果表明,镉离子同巯基乙酸可以通过配位键形成具有一维结构的配位聚合物,该聚合物通过分子间的相互作用,可以形成具有螺旋结构的纳米带。其中,金属离子与巯基乙酸的非等量反应是分离状态螺旋结构的纳米线形成的主要原因。根据这一结果,利用聚丙烯酸对上述配位聚合物链间相互作用的调节,成功地实现了对所得到的Cd-TGA配位聚合物纳米线直径的调控。在后期的工作中,以上述纳米线为模板,通过与NaHTe的反应,利用牺牲模板法成功地得到了管径可控的CdTe纳米管。研究发现,该方法还适用于CdS及HgS纳米管的制备。该项研究的意义在于,通过对金属离子和有机配体的配位聚合作用可以得到具有不同形貌的配位聚合物,该低维金属有机配位纳米结构完全可以被用作低维牺牲模板来实现中空纳米结构的制备。