硫化鎘納米線的可控制備、集成方法及在生物傳感中的應(yīng)用研究.pdf

1、十幾年來，已發(fā)展出了半導(dǎo)體納米線的各種制備方法和技術(shù)。其制備方法基本有以下三類：（1）以催化劑為引導(dǎo)，通過氣-液-固生長的方法控制納米線的成核和一維生長，其中催化劑作為納米液滴，能夠決定納米線的生長模式、直徑和位置等；（2）溶液化學(xué)合成的方法，如水熱/溶劑熱、電化學(xué)、超聲、微波等，通過這些方法，已制備出多種納米線材料；（3）在分子束外延（MBE）或化學(xué)氣相沉積（CVD）外延技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用原子晶面臺階或晶格不匹配性質(zhì)發(fā)展出異變過渡結(jié)構(gòu)

2、的納米線技術(shù)。在半導(dǎo)體納米線器件化研究中，方法（1）和（3）發(fā)展較快；但目前由于方法（2）所制備的納米線產(chǎn)物質(zhì)量較高，且反應(yīng)條件溫和，易于控制，正引起人們廣泛的關(guān)注。在過去十幾年中，盡管已經(jīng)在納米線的制備方面獲得較大進展，但在實用性器件方面的應(yīng)用仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，其組裝集成方法和技術(shù)尚待突破。圖形化催化劑的使用，可以使納米線在基片上以設(shè)計的構(gòu)型直接生長，而不需進一步的光刻，但這面臨著平面生長和器件制造方面的限制；現(xiàn)在已有多種方法能夠?qū)?/p>

3、現(xiàn)平面內(nèi)納米線的平行排列，如電場誘導(dǎo)法、靜電紡絲法、流體流動導(dǎo)向法、LB膜方法、化學(xué)/生物分子親合組裝法、磁偶選擇和壓印轉(zhuǎn)移法等。近幾年來，半導(dǎo)體納米線基光電器件的原理性研究取得了很大的進展，納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢正在顯現(xiàn)。納米材料也由于具有比表面積大、生物相容性好等優(yōu)點，在生物傳感器方面獲得廣泛的應(yīng)用。
　　 在本研究中，我們首先采用溶液化學(xué)的方法合成CdS半導(dǎo)體納米線，實現(xiàn)了產(chǎn)物形貌的可控，研究了其生長機理；利用纖維作為模板對所制得

4、的CdS半導(dǎo)體納米線進行了定向排列，研究了排列過程中的轉(zhuǎn)移等技術(shù)；還對單根CdS納米線電學(xué)性質(zhì)及其多根納米線層狀結(jié)構(gòu)電學(xué)性質(zhì)進行了研究；發(fā)展了CdS半導(dǎo)體納米棒陣列在生物電化學(xué)檢測上的應(yīng)用等。取得如下成果：
　　 1.溶劑熱法CdS納米線的可控制備研究
　　 在溶劑熱反應(yīng)條件下，快速地制備了CdS納米線；延長反應(yīng)時間，發(fā)現(xiàn)原來在2h時形成的納米線發(fā)生斷裂，而在12h時再次形成納米線；再進一步延長反應(yīng)時間，納米線沒有再斷裂

5、，反而變得更粗、更長?；谏鲜鰧嶒灲Y(jié)果，提出了一種新的納米線生長機理：2h前的納米線生長遵循文獻中的成核、破裂、長成納米棒，并由納米棒再長成納米線的機理：而2h之后的生長則是納米線先斷裂，然后以這些納米線斷裂形成的納米棒作為新的晶核，在此基礎(chǔ)上長成12h時的納米線，我們將此稱為“二次生長”機理。對于以破裂后形成的納米棒作為新的生長晶核再次長成納米線的現(xiàn)象，做了相應(yīng)的驗證實驗，結(jié)果表明這些納米棒完全可以作為納米線新的生長晶核。還在室溫下成

6、功地快速延長了2h溶劑熱法制備的CdS納米線，提出納米線延長是基于納米線頂端和頂端之間的融合而成的取向連接機理。
　　 2.CdS納米線集成方法的研究
　　 采用定向紡絲的納米纖維作為模板，提出了模板壓印、纖維輔助與接觸壓印排列CdS納米線的集成方法。對于模板壓印排列CdS納米線，研究了壓印速度、溶液滴加量等對CdS納米線排列結(jié)果的影響；對于用纖維輔助與接觸壓印排列CdS納米線，通過改變基底的疏水/親水性質(zhì)，在納米線懸浮

7、液中添加表面活性劑，成功地控制了基底上納米線的密度，在理論上詳細的研究了液滴在纖維間隙限制性條件下的揮發(fā)機理。
　　 3.CdS納米線的電學(xué)與光學(xué)性能的研究
　　 用透射電鏡原位研究了單根CdS納米線的I-V曲線，基于熱電子場發(fā)射理論，從對稱的I-V特性曲線解析出此單根CdS納米線的電阻系數(shù)擬合值、電子濃度、電子遷移率分別是0.43Ωcm、2.3×1017cm-3、62.83 cm2、V-1s-1。隨后，研究了多根CdS

8、納米線在襯底上組裝，再在其上鍍電極得到包括底電極、電阻擋層/納米線、頂電極的三層結(jié)構(gòu)，用此結(jié)構(gòu)成功測量了多根CdS納米線的電學(xué)性質(zhì)。采用電場法在甲苯溶液中排列CdS納米線，通過熒光光譜研究了排列后的CdS納米線的光致偏振光特性，結(jié)果表明排列后的CdS納米線具有一定的偏振特性。
　　 4.CdS納米棒陣列在生物電化學(xué)傳感器上的應(yīng)用研究
　　 采用一步溶液化學(xué)的方法制備出CdS納米棒陣列，成功地對CdS納米棒進行電化學(xué)沉積金