多元醇法合成拓?fù)浣^緣體納米材料及其生長機(jī)理研究.pdf

1、拓?fù)浣^緣體被發(fā)現(xiàn)之后，逐漸成為材料學(xué)科及凝聚態(tài)物理研究的熱點(diǎn)。目前研究最多的拓?fù)浣^緣體是硒化鉍和碲化鉍，它們的表面呈現(xiàn)金屬態(tài)，而內(nèi)部表現(xiàn)為絕緣態(tài)。在費(fèi)米能級(jí)處，它們擁有能隙，這點(diǎn)與絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)類似。然而，在它的表面，卻存在無質(zhì)量的狄拉克型電子態(tài)，從而表現(xiàn)出金屬性。由于受到時(shí)間反演對(duì)稱性的保護(hù)，電子在拓?fù)浣^緣體表面流動(dòng)時(shí)不會(huì)受到雜質(zhì)或者缺陷的背反射，使得傳輸能耗降低甚至沒有能耗，這點(diǎn)對(duì)于低能耗電子器件的制備、容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展有著潛

2、在的意義。
　　盡管拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域涌現(xiàn)出大量的理論工作，預(yù)言了諸多新奇的性質(zhì)，但是實(shí)驗(yàn)方面發(fā)展卻一直落后于理論，原因主要有兩點(diǎn):第一，高質(zhì)量的拓?fù)浣^緣體樣品難以制備出來，目前通過高溫?zé)Y(jié)法所制備的樣品往往缺陷密度大且被嚴(yán)重?fù)诫s，使得體態(tài)載流子濃度很高，從而掩蓋了表面態(tài)。第二，對(duì)于拓?fù)浣^緣體材料，它們難以制備成低維、納米、異質(zhì)結(jié)或器件，這也大大的限制了該領(lǐng)域的發(fā)展。
　　由此可知，高質(zhì)量的拓?fù)浣^緣體納米材料的制備是該領(lǐng)域發(fā)展的

3、關(guān)鍵。基于形貌對(duì)于材料光學(xué)、電學(xué)等諸多性質(zhì)的調(diào)控作用，合成不同形貌的拓?fù)浣^緣體納米材料勢必能推動(dòng)該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。本論文中，我們使用多元醇法制備出了多種形貌的硒化鉍和碲化鉍納米材料，并探討了它們的形成機(jī)理。本論文總共分為四個(gè)章節(jié)，主要內(nèi)容如下:
　　在第一章中，我們簡述了拓?fù)浣^緣體的基本性質(zhì)，并對(duì)目前主要的制備方法、相關(guān)譜學(xué)以及應(yīng)用進(jìn)行了討論。
　　在第二章中，基于對(duì)經(jīng)典晶體生長理論的認(rèn)識(shí)，我們通過對(duì)反應(yīng)體系過飽和度的調(diào)控，

4、制備出了三種不同形貌的硒化鉍納米材料，包括螺旋狀、平滑片狀及枝狀結(jié)構(gòu)的硒化鉍納米材料。機(jī)理研究表明，在低過飽和度條件下，缺陷能誘導(dǎo)產(chǎn)生硒化鉍顆粒所依附生長的臺(tái)階，從而形成螺旋狀納米片。在中間過飽和度的情況下，非晶硒化鉍小顆粒的聚合和隨后的再結(jié)晶產(chǎn)生了平滑的納米片。而在高過飽和度條件下，多晶硒化鉍的晶核先產(chǎn)生，隨后進(jìn)行各向異性的生長，從而形成了枝狀結(jié)構(gòu)的納米材料。
　　在第三章中，我們借鑒了螯合劑輔助的方法，加入乙二胺四乙酸到反應(yīng)中

5、，獲得了多種擁有特殊邊界的硒化鉍新結(jié)構(gòu)。由于乙二胺四乙酸對(duì)前驅(qū)體鉍離子有著強(qiáng)烈的螯合作用，反應(yīng)過程中自由鉍離子的濃度下降，從而影響了后續(xù)的生長。我們?cè)趯?duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，位錯(cuò)源和適宜的低過飽和度是位錯(cuò)驅(qū)動(dòng)的螺旋生長的必要條件。如果位錯(cuò)源產(chǎn)生，而過飽和度偏高，晶種上的臺(tái)階將作為支持位點(diǎn)生長外延層。
　　在第四章中，我們主要介紹了碲化鉍納米材料的合成，并初步探討了拓?fù)浣^緣體跟金屬形成的異質(zhì)結(jié)體系。在碲化鉍的合成中，氫氧化鈉發(fā)揮了