SiO2纳米线和SnO2纳米带的制备、表征及发光性质研究

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一维纳米材料如纳米线、纳米带、纳米管由于其有趣的形貌,奇特的性质,以及它们在介观物理和纳米器件中巨大潜在的应用前景,引起了人们的极大兴趣。本论文选用氧化物SiO2和半导体氧化物SnO2作为研究对象,采用热蒸发法在程序控温管式电炉中合成出大量准一维的纳米材料,得到一些新奇的纳米结构。对样品进行了表征和分析,对其生长机理进行了探讨,对其发光机制进行了一定的探索。通过热蒸发法制备SiOx纳米线发现:制备温度的大小会影响硅片上纳米线生长的密集程度和纳米线的光滑程度,制备温度越高硅片上生长的SiOx纳米线越密集,纳米线表面也越光滑。硅片上温度均匀性会影响纳米线的分布情况以及纳米线直径的均匀性,硅片衬底平放铁皮舟底部,由于硅片衬底上温度均匀性比较好,生长的纳米线均匀覆盖在硅片上且直径分布范围较窄,大约在50~70nm。在不采用催化剂和采用Pt催化剂两种情况下分别制备了SiO2纳米线。不论是在1050℃还是在1100℃的制备温度下,不采用催化剂生长的纳米线的直径都是不均匀的,从几十到几百纳米,而在相同的实验制备条件下采用Pt催化剂生长的纳米线直径变均匀,1050℃和1100℃制备的纳米线直径分别约为200nm和100nm。由此可以说明,采用Pt催化剂能制备出直径均匀的SiO2纳米线。对SiOx纳米灯笼的生长机理进行了讨论,提出了纳米灯笼生长的一个模型。我们认为:纳米线的弯曲是因为纳米线的生长方向和催化剂的移动方向不在一条直线上。一颗催化剂催化生长多根纳米线是由于成核粒子的不均匀析出造成的。通过直接热蒸发SnO粉末,在1100℃的温度下恒温4h收集到大量淡黄色粉末状实验产物,再把实验产物在空气中900℃氧化3h得到SnO2纳米带。对纳米带进行了表征,我们认为纳米带的生长遵循VS生长机制,TEM照片中纳米带表面上的白色斑点很可能是一些在制备过程中形成的小坑。通过对样品的氧化/还原实验证实了SnO2纳米带中426nm、440nm、474nm、533nm发射峰都与样品中的氧空位有关。样品在大气气氛中氧化后,这些发射峰强度明显减弱,再把氧化后的样品放在还原气氛中还原后,这些发射峰又重新增强。无催化剂和Pt作催化剂制备的SiO2纳米线PL中都观测到了强蓝光发射峰,结合实验制备条件,我们推测蓝光发射峰来源于SiO2纳米线样品中与氧有关缺陷中心。论文工作分别探索了制备温度、衬底温度均匀性、有无催化剂三个实验参数对热蒸发法制备SiO2纳米线的影响,得到了有意义的结果,提出了纳米灯笼生长的一个模型,为SiO2纳米线的可控制备提供了一个途径。通过热蒸发法制备得到SnO2纳米带,对SiO2纳米线和SnO2纳米带的发光性质进行了研究,证实了SnO2纳米带中426nm、440nm、474nm、533nm发射峰都与样品中的氧空位有关。在无催化剂和Pt作催化剂制备的SiO2纳米线PL中都观测到了强蓝光发射峰,我们推测蓝光发射峰来源于SiO2纳米线样品中与氧有关缺陷中心。
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