硒化鉍納米材料的可控制備：螺旋、層狀及枝狀生長模式.pdf

1、拓撲絕緣體是新近發(fā)現(xiàn)的一種新的物質(zhì)量子態(tài)。它的體態(tài)是有能隙的絕緣態(tài)，而表面是強的自旋-軌道耦合所誘導的非簡并的金屬態(tài)。這種表面態(tài)受時間反演不變性的保護，不會被雜質(zhì)所散射，因此電子傳輸是無能耗的?；诒砻鎽B(tài)的這種奇異的性質(zhì)，拓撲絕緣體在自旋電子學和量子計算機等方面有著很大的應用潛力。硒化鉍是一種之前被用于熱電應用的半導體材料，由于其簡單的能帶結(jié)構(gòu)，遠大于室溫能量漲落的體帶隙，近年來被認為是最有前景的拓撲絕緣體材料。與塊體材料相比，低維的拓

2、撲絕緣體納米材料，能夠有效地降低體載流子濃度，凸顯出表面電子態(tài)的貢獻。盡管通過很多物理方法已經(jīng)合成了硒化鉍的納米片以及納米帶。但是目前在化學方法上可控制備大規(guī)模的低維的硒化鉍納米材料方面還未有深入的開展。此外，在拓撲絕緣體中引入一個螺旋位錯的線缺陷，還可能會產(chǎn)生一對拓撲保護的一維螺旋態(tài)，從而創(chuàng)造一條完美的導電渠道，但從化學合成上也還尚未實現(xiàn)螺旋位錯驅(qū)動生長的拓撲絕緣體。本文基于晶體生長理論，側(cè)重開展了可控合成不同形貌和結(jié)構(gòu)的硒化鉍納米材

3、料并對其生長機理等進行了初步的調(diào)查。本論文共有四章，各章節(jié)內(nèi)容簡述如下:
　　在第一章中，我們簡要介紹了硒化鉍為代表的二維晶體的結(jié)構(gòu)以及拓撲絕緣體的基本性質(zhì)，重點介紹了硒化鉍等材料的制備合成以及拓撲絕緣體的實驗研究及應用進展。最后簡要介紹了作為硒化鉍納米材料制備依據(jù)的晶體生長理論。
　　在第二章中，我們運用多元醇的化學合成方法在低的過飽和度下制備了螺旋型硒化鉍納米片。兩套中心對稱的螺旋條紋證實了硒化鉍納米片中螺旋位錯的存在。

4、納米片表面出現(xiàn)的人字形的應力條紋進一步說明了產(chǎn)物具有雙錐體結(jié)構(gòu)。通過降低溶液的過飽和度，我們合成了具有更小斜率的納米片，觀察到了螺旋臂形的應力條紋以及位錯所引起的空心孔洞結(jié)構(gòu)。這些證據(jù)表明了螺旋型硒化鉍納米片是由螺旋位錯所驅(qū)動生長的。此外，我們通過提高前驅(qū)物濃度、增加還原劑AA的量，提高反應溶液PH值三種方式來提高溶液的過飽和度，合成了由螺旋位錯以及層狀生長模式共同主導的初步發(fā)展的螺旋型納米片并從中推斷出螺旋位錯驅(qū)動的生長過程。上述實驗

5、結(jié)果有助于理解以及控制硒化鉍的螺旋位錯驅(qū)動的雙向生長過程、探索新結(jié)構(gòu)的輸運性質(zhì)，并且拓展到其他的二維層狀材料，實現(xiàn)新的功能化器件的應用。
　　在第三章中，我們主要介紹了硒化鉍納米片與納米花的合成。首先，我們研究了合成硒化鉍納米片的一般策略，并對納米片層狀生長模式的生長過程進行了調(diào)查。其次，我們詳細闡述了籽晶生長法合成硒化鉍納米片。通過控制前驅(qū)物的注入速率，我們能夠使層狀生長模式發(fā)生在硒化鉍納米片的橫向以及縱向方向。當注入速率較快時

6、，納米片的生長主要在橫向尺寸方向。當注入速率在很低的情況下，納米片能夠在橫向尺寸與厚度方向上共同生長。另外，我們運用了籽晶生長法合成了硒化鉍的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。我們對這兩種層狀生長模式的拉曼光譜進行了表征，表明了其厚度相關(guān)的拉曼信號特性。此外，我們將所合成的硒化鉍納米片組裝成薄膜用于構(gòu)建近紅外透明柔性電極。最后，我們通過動力學的調(diào)控合成了不同相貌的硒化鉍納米花，并對其枝狀生長過程進行了研究，表明了與層狀生長模式所存在的差異。
　　在第四章