论文部分内容阅读
半导体纳米基本结构材料以及它们复合而成的多级结构材料因其独特的物理化学性能和在未来光电子器件、电化学、纳米机械等领域的潜在应用，已经成为目前物理、化学、材料等学科领域关注的前沿和热点之一。其独特的性能与它们的大小和形貌息息相关，因此制备出大小和形貌可控的纳米基本结构材料以及在三维空间把这些纳米基本结构材料排列和组装起来一直是大家追求的目标。
本论文工作的重点是研究SnO2、ZnO、MgO和ZnS宽带隙半导体纳米基本结构以及它们复合而成的多级结构的制备、生长机理和物性。主要研究结果如下：
采用直接气相反应，通过调整工艺参数可控地制备了大量的SnO2纳米线、纳米带、纳米棒和新颖的赝六方外形的微米棒等。并且通过简单调节氧量来改变O/Sn比，成功实现了对SnO2生长方向的控制。更为重要的是作者实现了在SnO2主干上面选择性地控制成核和生长出次级SnO2纳米线。这种方法突破了当前在主干上吸附金属颗粒来诱导次级成核和酸碱腐蚀主干表面来诱导次级成核的随机性。同时研究了这种多级的复杂SnO2纳米结构的面选择性生长机理，发现在相同的实验条件下，它在550nm处的发光强度是SnO2纳米带的6倍左右。
采用分步的方法，制备了直径和壁厚分别可控的带孔ZnO纳米空心球。首先，通过控制温度和载气(Ar)热蒸发金属Zn得到不同直径的Zn球；第二步，在较低的温度(300℃)下缓慢氧化Zn球得到Zn/ZnO核壳结构，通过不同的氧化时间来控制壳的厚度；最后，在Ar气保护下迅速升温到650℃去除Zn核得到ZnO空心球。
采用逐步的方法，在ZnS纳米空心球均匀性地生长ZnS纳米线。首先，通过热蒸发金属Zn得到Zn球；第二步，在较低的温度(300℃)下缓慢硫化Zn球得到Zn/ZnS(闪锌矿结构)核壳结构；最后，在硫蒸气气氛下迅速升温到650℃去除Zn核，同时在闪锌矿结构ZnS空心球上均匀生长出纤锌矿结构ZnS纳米线。此方法也可以用来制备ZnO海胆状纳米结构。
通过低温退火的方法，在ZnO空心球上选择性地自组装了ZnO纳米长片。第一次实现了在空心球上选择性地自组装纳米线、带结构。研究了ZnO在Zn球上的成核和生长过程。首次提出了柯肯达尔效应各向异性扩散机制。并且用它成功解释了ZnO纳米长片在空心球上的选择性自组装。
采用直接气相反应法，制备出大量超细MgO纳米线，纳米线内周期性包埋着几个纳米大小的空心气泡，这是介于纳米线与纳米管之间的一种新颖纳米结构。并对这种首次发现的新颖纳米线结构的生长机理进行了分析，提出了自催化和柯肯达尔效应的共同作用导致了豌豆壳型纳米线的形成。