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材料的性能与其本身的尺寸有着极为密切的联系,当晶粒减小到纳米尺寸时,其性能就会发生显著的变化。半导体纳米晶的物理和化学性质通常取决于它们的尺寸、形状、晶型以及表面状态,半导体纳米晶被认为是未来设计和功能化纳米器件的重要元素。纳米晶独特的性质将会在未来的科技应用中,包括光伏、光致发光和激光等领域发挥巨大的作用。对单组份的纳米材料的研究已经相对成熟,但是反应条件的优化还有待发现,未来的挑战是用便宜的原料和简单的方法合成优秀的单组份纳米材料。纳米异质结构是未来材料发展的方向。合成两种或者两种以上组分的异质结构纳米材料,通过外在环境(如外部环境、温度以及溶剂等)的改变可以很有效的调控异质结构的光学物理性质。外延界面是构造纳米异质结的关键因素。它可以承受应力,在界面上最大限度的减少缺陷的形成。
本文利用催化剂辅助生长法合成了Ag2S/CdS纳米异质结构。通过透射电子显微镜(TEM)可以得出其结构是火柴棒状:Ag2S是火柴头部分,外面延伸着CdS杆部,长约12nm的CdS杆部顶端顶着直径约为13nm的球状Ag2S纳米晶,是典型的火柴棒状的异质结构材料。通过X射线衍射(XRD)可以证明其中有Ag2S和CdS。通过研究该材料的合成条件来揭示其生长机理:Ag+和Cd2+通过十二硫醇(dodecanethiol)从水相转移到有机相,在一定的生长温度下Ag-dodecanethiol络合物首先分解并结晶成Ag2S纳米晶;一旦形成Ag2S纳米晶,Cd2+开始融进有大量阳离子空缺的Ag2S纳米晶中;于此同时,Cd-dodecanethiol络合物开始分解,当Ag2S中的Cd2+浓度足够高时,CdS就析出Ag2S表面;随着反应的进行,CdS不断析出,生长成纳米点、纳米锥、纳米棒,最后得到结晶良好地火柴棒状纳米异质结构。
Cu2S是一种p型半体纳米材料,禁带宽度约为1.2eV。Cu2S是一种很好的光电材料。本文利用便宜的原料(CuCl2和十二硫醇)、简单的方法(一锅法)合成了结晶度良好的Cu2S纳米片,通过研究合成条件来控制形貌的优化,通过连续取样分析的方法来揭示其生长机理:CuCl2和十二硫醇先生成絮状非晶产物,随着温度的升高,非晶产物热分解形成三角形纳米晶,三角形纳米晶逐渐生长,从三角形向六边形过渡,最终形成六边形状的Cu2S纳米片。