SiO2纳米线的生长与Si源和退火条件关系的研究

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纳米材料科学是新兴起来的一门学科,至今已有三十年的历史。SiO2纳米材料是新型纳米材料,其特有的性质,如:小体积效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,使其不仅具有普通二氧化硅的性质,而且具备纳米粒子所特有的性质,在橡胶、塑料、纤维、涂料、光化学和生物医学等领域都具有广泛的应用前景[1]。本文从内容上主要分为两个部分,第一部分是在不同实验条件下制备SiO2纳米线,包括不同的Si源(Si粉,SiO粉)及生长条件(退火时间、温度及衬底)。实验分为两种模式,溅射组和非溅射组。通过实验探索,初步获得制备SiO2纳米线的可行性方案。第二部分,是在第一部分的基础上,对可行性方案进行改进。实验主要分为两部分:磁控溅射过程和退火过程。对于探索实验阶段的非溅射组,清洗处理好的衬底直接进入退火过程。实验后的样品做了相关的形貌测试、成分测试和发光测试。具体内容如下:1、研究不同Si源情况下SiO2纳米线的生长情况。实验研究的是溅射组,溅射Au时间6s,膜的厚度约为18nm。然后对溅射好的样品进行退火,实验粉末分别为SiO粉和Si粉。温度1100℃下退火60min。并用扫描电子显微镜对两种实验情况下样品的形貌进行测试。2、研究不同生长条件下的SiO2纳米线生长情况,包括不同的退火时间、温度及不同的衬底。首先研究的是溅射组在不同退火温度下SiO2纳米线的生长情况,溅射好的样品分别在温度950℃、1000℃、1050℃和1100℃下进行退火;其次研究的是不同退火时间下SiO2纳米线的生长情况,溅射好的样品分别退火60min、80min、100min和120min;最后研究的是非溅射组在不同衬底条件下SiO2纳米线的生长情况,衬底分别为Si(111)毛片和Si(111)抛光片。处理好的样品直接进入退火过程。实验粉末为Si粉,温度1100℃下退火100min。3、在上述探索实验的基础上,对制备SiO2纳米线的可行性方案做进一步的改进。本组实验研究的均为溅射组。首先,研究不同溅射时间下的,溅射Au的时间分别为6s和12s,退火过程加入Si粉和碳粉的混合粉末,温度1100℃下退火80min,得出不同尺寸的长直的纳米线结构。其次,研究的是实验粉末加入碳粉和未加入碳粉的情况下SiO2纳米线生长情况。样品溅射Au的时间为12s,退火过程加入粉末分别为Si粉、Si粉和碳粉的混合粉末,温度1100℃下退火90min,分别得到花型和灯笼状纳米结构。第三研究的加入碳粉的溅射组在不同退火时间下的SiO2纳米线生长情况。溅射Au的时间12s,温度1100℃下退火时间分别为90min和100min,得出不同形貌的灯笼状纳米结构。4、对改进实验后的样品进行扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外吸收(FTIR)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)分析.
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