納米壓痕法研究單根ZnS納米帶的光機械效應.pdf

1、作為一種重要的直接帶隙Ⅱ-Ⅵ族半導體(300K時,禁帶寬度為3.66eV)和發(fā)光材料,ZnS因在平面顯示器、電致發(fā)光器件、紅外視窗、傳感器和激光等領域存在巨大的應用前景,因而引起了人們的廣泛關(guān)注。ZnS一維納米材料,如納米帶和納米線,呈現(xiàn)出了良好的光電性能,因此它們能被用來制造電子、光電和激光納米器件。在利用一維納米結(jié)構(gòu)制造納米功能器件時,一維納米結(jié)構(gòu)的力學失效會導致整個器件的故障或失效,因此準確測量它們的力學性能是非常重要的。本文通過

2、熱蒸發(fā)法制備了ZnS納米帶,并對其晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進行了表征。我們通過搭建的紫外光納米壓痕測試系統(tǒng),測量了ZnS納米帶在無光與紫外光照下的力學性能,觀測了ZnS納米帶的光彈性效應和光塑性效應,并且探討了ZnS納米帶光彈性效應和光塑性效應的物理機制。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)首先,介紹了納米材料與納米科技的發(fā)展歷程,概述了 ZnS納米材料在不同領域里的應用情況與當前的研究現(xiàn)狀。然后,介紹了納米壓痕測試技術(shù)的發(fā)展歷程和其在納

3、米材料研究領域取得的研究成果,詳細闡述了利用納米壓痕方法測量彈性模量和硬度的原理。最后,對本論文的研究內(nèi)容做了簡單介紹。
　　(2)用熱蒸發(fā)法制備了ZnS納米帶,通過X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、透射電鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)和納米壓痕儀對其晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進行了表征。ZnS納米帶的XRD圖表明其屬于六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),FE-SEM圖表明其長度在100-200μm之間,TEM、AFM和納米壓痕儀

4、形貌圖表明部分納米帶存在鋸齒狀側(cè)面,厚度在100nm左右。
　　(3)用納米壓痕儀測量了ZnS納米帶在無光與紫外光照下的載荷—位移曲線。通過比較ZnS納米帶在無光與紫外光照下的彈性模量,在寬厚比為3.2-4.1范圍內(nèi)的ZnS納米帶上發(fā)現(xiàn)了負光彈性效應,在寬厚比為4.9-9.6范圍內(nèi)的ZnS納米帶上發(fā)現(xiàn)了正光彈性效應。ZnS納米帶正光彈性效應的物理機制可以用納米帶內(nèi)光生載流子所導致的表面效應和電子應變來解釋。負光彈性效應可以用光照Z