有序無(wú)機(jī)納米線薄膜的可控組裝及組裝體功能研究.pdf

1、近年來(lái)，一維納米材料的合成方法和技術(shù)已經(jīng)取得飛速進(jìn)步。所謂納米線是其直徑在納米尺度的一類納米材料結(jié)構(gòu)。當(dāng)納米線直徑的尺寸等于或小于物質(zhì)的本征長(zhǎng)度，如波爾半徑、光波波長(zhǎng)、聲子自由程等，量子效應(yīng)變得非常顯著。同時(shí)由于其擁有大比表面積以及二維受限一維導(dǎo)通的特性，納米線具有很多獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)，也是一種理想的能量傳輸材料，使其可以傳輸電子、光子、聲子等量子化粒子，促進(jìn)其在技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。一維納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)不僅取決于自身的形狀和

2、尺寸，也取決于組裝體的協(xié)同作用。一維納米材料結(jié)構(gòu)表面或界面的功能化和通過(guò)納米基元組裝實(shí)現(xiàn)不同功能的集成是解決納米材料未來(lái)應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一，對(duì)一維納米材料的表面與界面進(jìn)行人工的、可控的功能化從而改變一維納米材料表面和界面性質(zhì)，不但可以改進(jìn)一維納米材料的本征性能，而且可以創(chuàng)造出新的納米特性和功能。因此，開(kāi)展一維納米材料的組裝和功能集成的基礎(chǔ)研究具有重要的理論和實(shí)際的意義。
　　 本論文將著重探討納米線做為組裝基元的可控合成、規(guī)

3、?；M裝、以及納米線組裝體的功能研究。通過(guò)利用微波、水熱等合成手段，可控合成高質(zhì)量的納米線，并對(duì)其直徑和長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)控;同時(shí)利用氣液界面的朗格繆爾-布吉特技術(shù)、液液界面、毛細(xì)管誘導(dǎo)、電子束誘導(dǎo)等方法組裝納米線，成功制備了多種有序的納米線薄膜;并且系統(tǒng)研究了有序的納米線功能薄膜器件化制備。論文取得的研究成果總結(jié)如下:
　　 1、發(fā)展了碲納米線制備技術(shù)，探索了其形態(tài)、尺度調(diào)控的規(guī)律。利用微波輔助，在15分種內(nèi)，成功制備了直徑在20納米

4、，長(zhǎng)度在幾百微米的單晶碲納米線，并研究了聚乙烯吡咯烷酮的用量、溶液酸堿度、反應(yīng)時(shí)間、表面活性劑種類對(duì)產(chǎn)物的影響;于室溫下，使用同步輻射真空紫外光源研究了高度親水性的碲納米線的熒光性質(zhì)。因合成的碲納米線具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性，我們還使用紫外吸收光譜實(shí)時(shí)追蹤技術(shù)，研究了其在水中的穩(wěn)定性，討論了不同合成方法對(duì)其反應(yīng)活性的影響。除了微波反應(yīng)，我們還通過(guò)向反應(yīng)體系中加入丙酮和調(diào)控反應(yīng)時(shí)間，首次成功制備了尺寸均一的碲納米晶、納米棒、納米線、納米管等，為

5、今后研究其化學(xué)轉(zhuǎn)化制備一系列碲化物和貴金屬納米結(jié)構(gòu)等提供了良好的前驅(qū)物，并為實(shí)現(xiàn)其可控組裝奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
　　 2、發(fā)展了超細(xì)納米線及不同維度納米構(gòu)筑單元的可控組裝技術(shù)，成功制備了不同功能的宏觀尺度納米線組裝體。利用首先利用朗格繆爾-布吉特(Langmuir-Blodgett)法采用雙親性溶劑與非極性溶劑混合液來(lái)分散親水性碲納米線，克服了傳統(tǒng)朗格繆爾技術(shù)需要前期疏水化處理步驟的缺陷，從而可有效可控地組裝高長(zhǎng)徑比(大于104)的

6、一維柔性納米材料，節(jié)約了時(shí)間和能源，并通過(guò)層層組裝的轉(zhuǎn)移方式，通過(guò)控制層數(shù)達(dá)到對(duì)納米線薄膜厚度的控制，通過(guò)控制相鄰兩層膜的夾角而得到具有有序周期性結(jié)構(gòu)的納米線薄膜;還可以把組裝形成的有序納米線膜轉(zhuǎn)移到任意襯底上，包括硅片、云母等光滑基片或?yàn)V紙等不平整襯底上;在此工作基礎(chǔ)上，我們利用一維碲納米線薄膜的化學(xué)反應(yīng)特性，簡(jiǎn)單高效地宏量制備了有序的碲化物納米線薄膜，以及得到碲-碲化物異質(zhì)納米線薄膜并靈活連續(xù)的控制了納米線薄膜的組分。液液界面是一個(gè)

7、經(jīng)濟(jì)有效的自組裝平臺(tái)，我們?cè)谇叭说墓ぷ骰A(chǔ)上，提出了一種加入新溶劑誘導(dǎo)的液液界面組裝方法，該方法經(jīng)濟(jì)高效的組裝銀納米有序薄膜，做為一種通用的納米材料組裝方法，可以利用液液界面組裝包括，零維納米顆粒、納米方塊、二維納米片等各種納米材料，并且可以實(shí)現(xiàn)一維納米線和零維納米顆粒的共組裝;利用朗格繆爾-布吉特技術(shù)組裝超細(xì)的鎢的氧化物(W18O49)納米線，共組裝組裝碲納米線-銀納米線，利用不同的納米線具有不同的穩(wěn)定性，通過(guò)刻蝕得到距離可控的納米線

8、組裝薄膜。
　　 3、發(fā)展了毛細(xì)管誘導(dǎo)納米線的組裝及電子束誘導(dǎo)納米線的組裝技術(shù)。成功在普通毛細(xì)管內(nèi)壁制備了納米線有序組裝體，并在原位電子束下，納米線和導(dǎo)電碳膜卷曲行為。其中利用毛細(xì)管內(nèi)溶液流動(dòng)誘導(dǎo)銀納米線的組裝，在毛細(xì)管內(nèi)壁形成致密有序的銀納米線有序薄膜。通過(guò)控制流速、溶液分散濃度、組裝距離等因素，納米線薄膜的緊密程度可以調(diào)控。這個(gè)內(nèi)壁有銀納米銀薄膜的毛細(xì)管可以用作便攜式的、可重復(fù)利用的表面增強(qiáng)拉曼襯底。偏振光譜證實(shí)了一維納米線

9、薄膜的高度有序性;利用一種新型電子束誘導(dǎo)方法原位快速的制備碳基的復(fù)合納米管，包括碳-納米線復(fù)合納米管、碳-納米棒復(fù)合納米管、碳-納米片復(fù)合納米管、碳-納米顆粒復(fù)合納米管。增加輻射時(shí)間，可以得到多壁的納米管，在納米尺度上實(shí)現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)換，達(dá)到了對(duì)彈性勢(shì)能的存儲(chǔ)。
　　 4、發(fā)展了基于有序納米線薄膜的幾種納米器件的制備方法;包括，有序碲納米線的光電器件制備、有序碲化物納米線的光電器件制備、有序碲化銀納米線薄膜的記憶器件制備、碲-碲化