氮化铝(AlN)是禁带宽度为6.2eV的直接带隙半导体,在绿光、蓝光和紫外光高频段的光电探测、电子和光电子器件等领域有着极大的应用潜力。一维纳米材料具有独特的电学、热学和力学性能,因此在光电子,电化学和电机械器件等领域中有广泛的应用前景。近年来,在AlN纳米线及其阵列制备的方法,在场发射、发光二极管(LED)、激光器二极管和紫外光电探测器等方面应用备受关注。AlN纳米线阵列与一维AlN纳米结构相比,特异性能更加明显,使其在复合材料和纳米器件中获得广泛应用。虽然现有几种Al N纳米线阵列的制备方法,但可控制备的、合成宏观的、性能良好的,制备方法简单和价格低廉的AlN纳米线阵列的制备方法挑战依然存在。因此,高质量Al N纳米线阵列的制备方法仍是研究的焦点。本文采用二次模板法成功制备取向规则、直径均匀可控的AlN纳米线宏观阵列。即借助PS球自组装特性在单晶Si(001)面上形成均匀分布的PS球模板;利用真空镀膜法在上述模板蒸镀一层金属Al纳米颗粒,经热处理后形成分布均匀Al纳米颗粒模板;再以模板上的金属Al纳米颗粒作为催化剂,利用化学气相沉积合成Al N纳米线宏观阵列,其面积约为0.3×0.2mm~2。用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电镜(TEM)测试AlN纳米线阵列的形貌,显示其中AlN纳米线是吊挂的前部弯曲的形状,直径和长度分布均匀,直径约为41nm,长度约为1.8μm,分布密度约5.4×10~7/mm~2和覆盖率约7.1%。利用选择区域电子衍射(SAED)和X射线衍射(XRD)测试结果显示AlN纳米线为单晶,具有六方对称性的纤锌矿型结构。用紫外-可见光分光光度计(UVSP)测试了AlN纳米线阵列紫外吸收性能和反射率。结果AlN纳米线阵列在150~310nm有很好的发光性能,禁带宽度为6.08eV,略小于AlN的理论禁带宽度6.2eV,属于直接禁带半导体。利用第一性原理计算了直径分别为1.24nm、1.56nm、1.87nmAlN纳米线的能带、态密度和光学性质。与实验结果进行了比较,计算直径1.24nm的禁带宽度5.24eV小于实验值,主要是由于第一性原理计算的禁带都普遍偏低原因。在波长为200~800nm计算的紫外吸收性能,随着直径d的增加紫外吸收的两峰位置都发生红移,吸收光谱的峰值也增高,并且与实验的结果有很好的吻合,验证了AlN纳米线阵列优异的光学性能。Al N纳米线宏观阵列是紫外光源、紫外探测器首选材料。