超長排列硅及硅氧納米管的制備和光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、硅與硅氧納米管與現(xiàn)有的硅微電子集成工藝相兼容，并且在發(fā)光材料、納米電子器件、玻璃纖維、催化和生物領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，是當(dāng)今科學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域。同時(shí)納米組裝體系也是目前納米材料研究的新熱點(diǎn)，科學(xué)家根據(jù)不同需求，設(shè)計(jì)、組裝、創(chuàng)造新的體系，使該體系具有人們所希望的特性。超長排列的半導(dǎo)體納米線和管狀結(jié)構(gòu)在材料組裝和應(yīng)用方面具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢。本論文通過電紡絲方法制備了排列的聚合物和摻雜金屬氧化物納米線，進(jìn)一步通過TUFT法制備了排列

2、且直徑可控的硅與硅氧納米管，并對硅氧納米管的光致發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了研究。論文中的主要研究結(jié)果總結(jié)如下：
　　 1.使用電紡絲平行電極法制備了PVP排列納米線。通過對排列紡絲工藝的改進(jìn)，提高了紡絲的取向程度和排列長度，制備了直徑200nm，長度在厘米量級且排列整齊的PVP納米線。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，要獲得高的有序排列程度，必須達(dá)到的三個(gè)條件：1).使用金屬片作為平行電極，且懸空放置；2).選擇合適的空隙距離和固化距離；3).紡絲過程中只有一

3、個(gè)射流，且使倒錐形穩(wěn)定而不擺動(dòng)。
　　 2.以PVP為基體制備了未摻雜和Co摻雜的排列TiO2納米線，并對納米線的形貌，成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。電紡絲排列后的納米線直徑為250nm，高溫退火后，納米線變?yōu)榇?lián)在一起的TiO2顆粒，直徑變小，這與PVP的高溫分解有關(guān)。Co的摻入促進(jìn)了TiO2從銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變，當(dāng)TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相時(shí)也形成了CoTiO3，說明Co沒有完全進(jìn)入到TiO2金紅石相的晶格中，而Co在銳鈦礦相中的

4、存在形式還有待進(jìn)一步確認(rèn)。同時(shí)，在VSM測試中并沒有顯示出室溫鐵磁性質(zhì)，這可能與測試設(shè)備的精度有關(guān)。
　　 3.以排列的PVP納米線為模板在PECVD系統(tǒng)中制備了超長排列且具有高比表面積的SiOx納米管，并對納米管的形貌，成分和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。制備過程中U型框的使用不但方便了PVP模板線的轉(zhuǎn)移，而且在沉積過程中對包裹的完整性起到了很好的作用。同時(shí)，通過烘烤來控制PVP模板線直徑，進(jìn)而控制SiOx納米管的內(nèi)徑；通過調(diào)節(jié)沉積時(shí)間

5、來控制SiOx納米管的壁厚。由此，可以在不影響排列長度和取向程度的情況下控制SiOx納米管的直徑。由于管壁光滑致密，隨著管徑的減小，大部分PVP模板線高溫分解后的產(chǎn)物會(huì)留在管內(nèi)。光致發(fā)光測試中，SiOx納米管具有較強(qiáng)的藍(lán)綠發(fā)射峰，其中514nm的發(fā)光峰最強(qiáng)并伴有兩個(gè)位于415nm和624nm的肩峰。這個(gè)藍(lán)綠發(fā)射是由納米管的缺陷引起的。
　　 4.以懸空排列的PVP納米線為模板在HWCVD系統(tǒng)中制備了超長排列的Si納米管(約4mm

6、)，并對納米管的形貌，成分和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。分別利用烘烤PVP納米線和調(diào)節(jié)沉積時(shí)間來控制Si納米管的內(nèi)徑和壁厚。由此，可以在不影響排列長度和取向程度的情況下控制Si納米管的直徑。在反應(yīng)室不同的位置得到包裹程度不同的納米管，這是腔體中不同區(qū)域解離氣體的濃度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同引起的。管壁由納米顆?；蚣{米柱組成，但內(nèi)表面比外表面更加光滑平整。Si納米管的微區(qū)PL譜中出現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)三個(gè)發(fā)光帶。這些發(fā)光帶分別是由量子限制-發(fā)光中心過程和缺陷中心