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半导体微纳米材料及其复合材料的制备与性能研究

陈哲

  随着科学技术的发展,纳米材料因其独特的物理化学性质和潜在的应用,已经成为人们关注和研究的热点。而半导体纳米材料具有的量子尺寸效应、小尺寸效应和表面效应等使得它们呈现出许多新奇的特性,所以它在发光器件、非线性材料、光敏感材料、光催化材料等方面表现了出了广阔的应用前景,未来的趋势,半导体的制造技术将进入一个纳米时代。在本论文中,我们利用水热与溶剂热法,设计新的反应体系和工艺路线,通过调节反应物种类及其用量、溶剂种类与浓度、反应时间、反应温度等实验参数,合成了Bi_2S_3、Sb_2Se_3、Bi_2Te_3、Zn_2SnO_4和CdS_(0.5)Se_(0.5)五种非常重要的半导体材料。与此同时实现了在合成过程中对尺寸和形貌的调控,并研究了材料的疏水性质、气体传感性质和光响应性能。其中,水热/溶剂热法因其制备工艺简单、投资少、污染小等优点而成为一种常用制备纳米材料的方法。本文的主要研究内容如下: 1.在温和的苯甲醇的体系下,合成出了新颖的花形Bi_2S_3纳米结构,它们是由纳米棒自组装形成的分级结构。利用XRD、XPS、SEM、TEM、HRTEM和SAED等表征手段,深入探讨了反应物的浓度和反应时间对最终产物结构和形貌的影响。研究表明,PVP (K90)对Bi_2S_3花形的自组装分级结构的形成起到了至关重要的作用,并提出了相应的反应机理。此外,花形的Bi_2S_3薄膜表现出良好的疏水性能,因此,它会带来广阔的应用前景。 2.溶剂热法制备Sb_2Se_3和Bi_2Te_3的纳米结构:利用溶剂热法成功制备Sb_2Se_3纳米线和Bi_2Te_3锯齿棒。首先,在160度温度下,在苯甲醇体系中低温可控合成了Sb_2Se_3纳米线;其次,改用乙二醇溶液作为反应介质,在硝酸和表面活性剂PVP(K30)辅助条件下,成功地合成出尺寸均匀、单分散性好的Bi_2Te_3锯齿棒。随后探讨了反应物浓度、反应时间以及其它因素对产物形貌的影响,实现了最佳条件下对超长的Sb_2Se_3纳米线和Bi_2Te_3纳米锯齿棒的可控合成。最后,研究了Sb_2Se_3纳米线的光响应性能。结果表明,Sb_2Se_3纳米线具有较大的光电响应特性,日后可应用在高灵敏度、高速的光电探测器和光电开关中。 3.在180°C的水热条件下,成功的合成了高度有序的三维的Zn_2SnO_4 3D纳米花,它是由纳米棒自主装成的。通过XRD、SEM、TEM和HRTEM等对其进行表征和分析。实验结果显示,乙二胺和表面活性剂(CTAB)的浓度对Zn_2SnO_4的形貌影响起到了至关重要的作用,并提出了相应的反应机制。最后,我们详细的研究了它的气体传感性能。 4.利用溶剂热法制备CdS_(0.5)Se_(0.5)纳米球:以苯甲醇为反应体系,在表面活性剂PVP辅助的条下,成功的制得了由纳米粒子聚集而成的CdS_(0.5)Se_(0.5)纳米球,分别用XRD、TEM、SEM和XPS表征了其成分和形貌。此外,通过一系列的实验研究了反应时间对产物形貌的影响。……   
[关键词]:微纳米结构;半导体纳米材料;Bi_2S_3;Sb_2Se_3;Bi_2Te_3;Zn_2SnO_4;CdS_(0.5)Se_(0.5)
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:东北师范大学2011年