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近年来,半导体纳米材料以其独特的结构和优异的性能而受到广泛关注,因此,对半导体纳米材料制备方法的研究越来越受到重视,其中模板法由于其独特的优越性,在纳米材料合成过程中发挥着重要的作用。
碳化硅(SiC)是第三代间接带隙宽禁带半导体材料,具有非常优异的性能,是制造高温、高频、大功率电子器件的理想材料。SiC纳米材料除具有SiC块体材料的优异性能外,由于尺寸处在纳米尺度,会产生一些特殊的光学和电学性能,是制备纳米电子器件的重要材料。
氧化锌(ZnO)是继氮化镓(GaN)后的又一种重要的光电功能材料,它具有直接宽带隙,高的激子束缚能,有利于实现室温下电泵浦的激子发光。另一方面,稀磁半导体材料作为未来自旋电子器件的基础材料,已受到普遍关注。有理论研究预测过渡金属掺杂ZnO基稀磁半导体可实现室温铁磁性。
本文采用模板法制备SiC系列和ZnO系列纳米材料,并且深入研究了材料的结构和相关性能。选用介孔SBA-15作为模板,在模板孔道中灌入蔗糖为碳源,通过快速升温,制备出具有高比表面积,不规则排列的SiC纳米粒子。选用球形碳作为模板,硅粉为碳源,利用气—固反应,制备了具有奇特结构SiC空心球。通过对反应条件的调控,实现了对SiC空心球从纳米到微米的全尺寸及球壁厚度的控制。
选用碳球为模板,制备了ZnO纳米空心球和纳米空心核壳结构。在此基础上,通过对实验的改进,制备了Mn、Co、Ni掺杂的ZnO纳米空心球,所有样品经检测均表现出室温铁磁性,并分析其相关磁性机理。选用多层碳球模板,制备了Mn掺杂ZnO纳米囊泡结构,经过表征所有囊泡结构均具有室温铁磁性。