氧化硅納米線水熱合成、結(jié)構(gòu)表征以及光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、納米線作為一種重要的一維材料，具有獨(dú)特的(準(zhǔn))一維納米結(jié)構(gòu)、良好的組裝性質(zhì)(作為構(gòu)筑單元)和豐富的物化性能，不僅為物質(zhì)科學(xué)的基礎(chǔ)研究提供了可貴的研究對(duì)象，也納米器件的構(gòu)筑提供了豐富的基礎(chǔ)構(gòu)件。因此，自上世紀(jì)九十年代后期起，納米線的合成和性質(zhì)研究得到了包括化學(xué)和物理等眾多學(xué)科的關(guān)注，很多方法都被用來(lái)進(jìn)行納米線的制造，其中主要包括：1)利用固體固有的各向異性結(jié)晶結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)一維方向的生長(zhǎng)，2)引進(jìn)液．固界面降低結(jié)晶種子的對(duì)稱(chēng)性，例如利用V-L

2、-S(蒸氣．液相．固相)和S．L．S(溶液．液相．固相)機(jī)理等，3)利用各種模板(DNA或氧化鋁等)來(lái)制備一維納米結(jié)構(gòu)，4)利用高分子保護(hù)劑，動(dòng)力學(xué)控制材料的一維生長(zhǎng)，5)0維納米結(jié)構(gòu)的自組裝，和6)1維微結(jié)構(gòu)的尺寸減小來(lái)制備納米結(jié)構(gòu)等。由于納米材料科學(xué)發(fā)展很快，近幾年來(lái)，新的合成方法還是被不斷提出。 氧化硅納米線是重要的一維納米材料。近年來(lái)，很多方法都被用來(lái)進(jìn)行氧化硅納米線的制造，如化學(xué)氣相沉積、激光燒蝕、熱蒸發(fā)方法和碳熱反應(yīng)

3、等，所涉及的機(jī)理包括V-L-S、V-S以及固．固轉(zhuǎn)化反應(yīng)等。但這些方法的共同弱點(diǎn)在于它們所涉及的嚴(yán)格條件和復(fù)雜操作，如高溫(一般大于900℃)、預(yù)抽空、精細(xì)控制的載氣組成、壓力以及流速等。最近一些研究組也利用各種各樣的預(yù)先設(shè)計(jì)的模板，如利用非硅組成的一維介孔材料，試圖低溫制備氧化硅納米線，但其所涉及的復(fù)雜步驟以及模板在去除過(guò)程，往往導(dǎo)致較高的成本和納米線損壞和污染。以上這些因素導(dǎo)致氧化硅納米線無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的批量生產(chǎn)，從而使得氧化硅納米

4、線的應(yīng)用受到了局限。 本文提出了一種新的納米線的合成方法和思路，氣固相水熱合成法。我們利用這個(gè)新方法合成了具有全新晶體結(jié)構(gòu)的單晶氧化硅納米線。相比較于其他氧化硅納米線合成方法，這種方法操作簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)，反應(yīng)條件比較溫和，生產(chǎn)出的氧化硅納米線純度很高。該方法的提出，將對(duì)實(shí)現(xiàn)氧化硅納米線的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)有很大幫助。本文分作一下幾個(gè)章節(jié)進(jìn)行討論： 第二章中，我們提出了利用BMS微球做硅源，鐵幫助下的氣固相水熱合成氧化硅納米

5、線的方法。然后，我們針對(duì)全新的氧化硅納米線晶體結(jié)構(gòu)，我們通過(guò)XRD精修和全譜擬合來(lái)測(cè)定我們的氧化硅納米線的晶體結(jié)構(gòu)。并且又通過(guò)高放大倍數(shù)透射電鏡拍攝不同晶面晶格，然后通過(guò)計(jì)算模擬，再和XRD圖譜進(jìn)行對(duì)照，進(jìn)一步來(lái)驗(yàn)證XRD精修和全譜擬合得到的晶體結(jié)構(gòu)的正確性。 第三章中，利用我們課題組長(zhǎng)期以來(lái)使用的層疊層的技術(shù)，將納米沸石吸附在不銹鋼網(wǎng)，通過(guò)第一章所使用的氣固相水熱處理法，在不銹鋼網(wǎng)上的表面，原位合成了不同形貌的、肉眼可見(jiàn)的晶體

6、氧化硅納米線的薄膜。這種直接在不銹鋼網(wǎng)上原位合成不同排列的氧化硅納米線，會(huì)更加有利于這種材料的日后的器件化。此外，為了進(jìn)一步降低成本，使用白炭黑和SBA一15做硅源合成氧化硅納米線。這種氧化硅納米線和第二章中的納米線具有一樣晶體結(jié)構(gòu)。說(shuō)明了這種方法對(duì)不同的無(wú)定型氧化硅具有普適性。 第四章中，通過(guò)研究各種反應(yīng)條件的變化對(duì)氧化硅納米線生長(zhǎng)的影響，對(duì)氣固相水熱合成氧化硅納米線的機(jī)理進(jìn)行初步探討。這部分的工作還不完善，需要日后進(jìn)行詳細(xì)討