金屬-ZnO納米復(fù)合結(jié)構(gòu)化學(xué)氣相法制備和物性研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料、金屬材料以及金屬-半導(dǎo)體復(fù)合材料在納電子學(xué)、納光子學(xué)等方面的應(yīng)用在過(guò)去幾年中受到了很大關(guān)注。
　　在眾多納米材料的制備方法中，化學(xué)氣相沉積具有形貌可控性強(qiáng)，產(chǎn)物晶體質(zhì)量高、產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)控制長(zhǎng)條件，可以制備出多種納米結(jié)構(gòu)，例如納米線、納米帶以及納米電纜等;而對(duì)生長(zhǎng)氣氛以及源的種類(lèi)、襯底位置、溫度梯度的調(diào)節(jié)又使得摻雜、異質(zhì)結(jié)和超晶格納米結(jié)構(gòu)甚至超薄的納米材料的制備成為可能。
　　本論文的工作包括使用化

2、學(xué)氣相沉積法制備半導(dǎo)體、金屬以及金屬-半導(dǎo)體復(fù)合納米材料及性質(zhì)的研究，主要有以下幾方面的內(nèi)容:
　　1.Ag/ZnO及Cu/ZnO同軸納米電纜的制備和電學(xué)性質(zhì)
　　我們采用AgNO3、ZnO或Cu、ZnO做蒸發(fā)源，利用化學(xué)氣相沉積法制備出了Ag/ZnO和Cu/ZnO同軸納米電纜。SEM、TEM圖像及EDS能譜表明共軸納米電纜具有金屬的Ag或者Cu內(nèi)芯以及半導(dǎo)體的ZnO外殼。通過(guò)改變?cè)粗蠥gNO3的量，Ag/ZnO納米電纜以及

3、中間Ag內(nèi)芯的直徑均可以實(shí)現(xiàn)控制，納米電纜的生長(zhǎng)遵循VLS機(jī)制。光致發(fā)光譜表明Ag/ZnO和Cu/ZnO納米電纜均存在帶邊發(fā)射以及與缺陷態(tài)有關(guān)的深陷阱發(fā)射。電學(xué)性質(zhì)測(cè)試表明，Ag/ZnO納米電纜中Ag/ZnO接觸類(lèi)型為肖特基接觸，勢(shì)壘高度為0.31eV。退火對(duì)肖特基接觸的影響也進(jìn)行了研究，退火后肖特基勢(shì)壘高度降低為0.29eV。
　　2.單晶Ag納米線的化學(xué)氣相法制備及其表面增強(qiáng)Raman性能
　　我們利用兩步法制備出了高產(chǎn)

4、量且形貌均一的單晶Ag納米線。通過(guò)氣相法制備Ag納米線的工作之前很少有報(bào)道，并且這些報(bào)道中Ag納米線的生長(zhǎng)機(jī)制都是VS機(jī)制，而我們的Ag納米線是通過(guò)VLS機(jī)制生長(zhǎng)得到。第一步先通過(guò)氣相法以AgNO3和ZnO為源熱蒸發(fā)，制備出Ag/ZnO同軸納米電纜。然后利用Ag不易與鹽酸反應(yīng)的特性在鹽酸溶液中腐蝕掉Ag/ZnO納米電纜的ZnO外殼，從而得到了Ag納米線。Ag納米線的直徑為200nm左右，長(zhǎng)度可達(dá)幾十μm。選區(qū)電子衍射花樣表明Ag納米線為

5、面心立方單晶結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變反應(yīng)氣氛中Ag蒸氣的濃度，可以對(duì)Ag納米線的直徑實(shí)現(xiàn)控制，例如降低Ag蒸氣濃度可使Ag納米線直徑從200nm降低至100nm。另外，我們測(cè)試了制備得到的Ag納米線襯底對(duì)羅丹明B分子的表面增強(qiáng)Raman效果，最低探測(cè)濃度可達(dá)10-9mol，表現(xiàn)出很好的Raman增強(qiáng)效果。
　　3.ZnO納米管中填充Ag納米顆粒鏈的納米豆莢結(jié)構(gòu)的制備
　　我們利用雷利不穩(wěn)定性制備出Ag/ZnO納米豆莢。制備過(guò)程分為兩步

6、，第一步先通過(guò)第二章中介紹的氣相法以AgNO3和ZnO為源熱蒸發(fā)，制備出Ag/ZnO同軸納米電纜。第二步將Ag/ZnO納米電纜在管式爐中退火，退火過(guò)程中在雷利不穩(wěn)定性的作用下Ag納米線變?yōu)橐簯B(tài)并且斷裂，然后在保持低表面能的作用下形成球形Ag納米顆粒，最終得到了Ag納米顆粒填充ZnO納米管的Ag/ZnO納米豆莢結(jié)構(gòu)。同時(shí)，我們研究了退火溫度和退火時(shí)間對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的影響。另外還對(duì)比了Ag/ZnO納米電纜內(nèi)外徑之間空隙的大小對(duì)Ag形變過(guò)程的影響