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本文采用化学气相沉积法,分别以过渡族金属镍等的硝酸盐、硒化物、硫化物作为催化剂,探讨了低成本制备ZnM(M=O,Se,S)纳米线/针、四脚结构等准一维纳米结构的一些新方法。
1.以硝酸镍为催化剂,在氧含量约20ppm的氧/氩(v/v)气氛中,成功地合成了平均直径在50纳米,长达20微米的ZnO纳米线。实验发现,在纳米线生长的开始阶段,其直径呈快速递减而后又趋于稳定的现象,通过对气氛中氧气含量的考察,ZnO纳米线的生长对氧含量有很强的依赖性,由此我们提出了氧化还原与气—液—固机制的复合机理,合理地解释了ZnO纳米线的生长。此外,我们还对ZnO纳米线的其它生长条件进行考察。首先,用硝酸银代替硝酸镍,也得到了直径相当的ZnO纳米线,但只有几个微米长,而且密度很低,分析认为这可能与银的活性有关,纳米线的生长由经典的气—液—固机制所控制。其次,我们改以纯氮作为生长气氛,得到了四脚状的ZnO纳米结构,其生长遵循八面体的孪晶机制,银的存在对四脚结构的完整性影响很大。
2.在ZnSe准一维纳米结构的制备方面,我们以自制的硒化镍纳米晶为原料,根据氧化还原机制,在700℃左右成功地获得了具有较高结晶质量的ZnSe纳米针,并通过调整硒化镍的颗粒直径,成功控制了ZnSe纳米针的直径,从而为ZnSe准一维纳米结构找到了一个更加适宜的制备途径。在此基础上,通过改用合适的Se源,分别以NiSe2/NiSe、CuSe/Se纳米晶为原料,在适当的条件下,又得到了ZnSe纳米线和微米晶须,它们的生长均遵循氧化还原与气—液—固机制的复合机制。这些纳米晶原料的选用有利于对传统CVD条件下反应室内的Se蒸气分压的控制。
3.对ZnS纳米线的制备也作了初步的探索研究。以硫化镍纳米晶作催化剂,在600~800℃制得了具有立方结构的ZnS纳米线,纳米线的直径在50~80纳米,长度达到10个微米左右。