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准一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度的新型纳米材料,可用于新型纳米电子器件、传感器、复合材料和能源等领域。电弧放电是生长准--维纳米材料的主要方法之一,具有加热效率高、温度梯度大的特点,同时还提供准一维纳米材料生长的温度条件。根据电弧放电的特点,自行设计制作了一套电弧放电系统,包括电极结构设计、真空配气装置、放电电路和控制电路设计等。在该实验装置上分别生长了单壁碳纳米管、SiC纳米丝/棒和ZnO纳米棒,分析了生长机理。并实验研究了SiC纳米丝/棒和ZnO纳米棒的光致发光特性。
用电弧放电法Co/Ni催化生长了直径约20-30nm的单壁碳纳米管管束,电镜和拉曼光谱分析表明,单根纳米管直径1.3-1.4nm,纯度较高。碳纳米管生成过程的电弧光谱测试结果表明,电弧等离子体中有大量的C<,2>分子,电弧温度约4700K,并随着放电过程和制备参数变化而变化,从而影响碳纳米管的生成效率。生长机理分析认为单壁碳纳米管成核于液态金属纳米颗粒表面过饱和析出的石墨片层中的缺陷,生长过程中金属原子位于碳纳米管生长开口端,促进碳簇的沉积和碳纳米管的生长。用电弧放电法生长了SiC纳米晶须。当生长过程中没有金属催化剂参加时,生成了少量的纳米丝,碳纳米管限域反应和VS机制是其生成的主要原因;当从阴极或阳极混合材料中有金属参加反应过程时,生成物为纳米棒或纳米丝/棒,产率较高,金属催化的VLS机制是其生成的主要原因。SiC纳米棒和纳米线的光致发光谱测试中表现出由量子限制效应引起的蓝绿光发射。以ZnO粉末为原料用电弧放电法生长了ZnO纳米棒,其直径从几个纳米到接近100nm,主要分布在10-25nm,长径比在5以上,并有大量四角状纳米棒生成。ZnO纳米棒的主要形成机理是VS机制,四角状纳米棒是以八面体核心生长起来的,单根的纳米棒可能来源于四角状纳米棒的断腿。ZnO纳米棒的光致发光谱中有一个389nm窄的近紫外发光峰和一个峰位520nm宽的绿光发光峰,分别来源于近带边激子发射和氧空位造成的结构缺陷。以Zn粉为原料或在ZnO原料粉末中掺入金属粉时,都能生成ZnO纳米棒,但掺入的金属粉没有明显的催化生长效果。缓冲气体中高02含量能有效抑制PL中氧空位引起的绿光发射。