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准一维纳米热电材料是近年来纳米科技领域研究的前沿和热点,吸引了物理、化学、材料等领域的众多科学家的广泛关注。本文旨在采用脉冲电化学沉积技术,结合多孔氧化铝模板,合成准一维铋(Bi)、锑(Sb)半金属及其合金纳米线和纳米管阵列;深入研究如何获得大面积有序、尺寸和结构可控的准一维纳米材料阵列;探索与纳米材料的尺寸和结构相关联的奇异物性,以期对构筑功能性热电纳米器件奠定了一定的材料和物理基础。
本研究在脉冲电沉积的过程中,通过调节脉冲时间,在大孔尺寸的氧化铝模板中合成了一系列不同直径和取向的单晶Bi纳米线阵列;通过高温X射线衍射技术系统的研究了单晶Bi纳米线的热膨胀行为:热膨胀系数随温度的变化可正可负,依赖于纳米线的直径,并且存在一临界转变温度,临界转变温度随着纳米线直径的增加向高温方向移动;结合Bi纳米线的半金属-半导体转变的特性,在不改变模板孔形状的条件下,巧妙的设计制备出了不同直径的Bi-Bi金属-半导体和半导体-半导体同质结纳米线阵列;系统的研究了电化学沉积过程中的各种实验参数,包括脉冲电参数、溶液的浓度等,对模板中合成Bi1-xSbx和Bi2Te3合金纳米线阵列的影响,找到了合成大面积有序、高度取向和高质量单晶合金纳米线的最优化条件,详细的分析了电化学沉积机制;通过控制模板表面的作为金电极膜的厚度和电沉积的时间,在模板中通过脉冲电化学沉积直接制备出了不同直径和壁厚的单晶Bi和Sb纳米管阵列;电输运测试结果表明:零场下,随着Bi纳米管壁厚的减小,单晶Bi纳米管发生了半金属-半导体的转变,而且这个转变与纳米管的直径无关。