一维碳化硅纳米结构的制备及光电特性研究
自从Ijjima在1991年发现了碳纳米管后,一维纳米材料就成为了人们研究的一个热点。一维纳米材料不仅有着丰富的科学内涵,更重要的是它们在纳米电子学、纳米力学、场发射和纳米复合材料等方面都有着极大的应用前景。总所周知,与传统的体相材料相比,一维纳米结构有着较高的比表面积和长径比,这使得它们拥有了体相材料不具备的各种新奇特性,如较高的杨氏模量,奇异的一维量子尺寸效应,较高的催化活性等等。<br>   作为一种重要的第三代半导体材料,碳化硅是近年来所研究的新型宽带半导体材料中一种性能优异,极具发展潜力和广泛应用前景的合成材料。它具有...
自从Ijjima在1991年发现了碳纳米管后,一维纳米材料就成为了人们研究的一个热点。一维纳米材料不仅有着丰富的科学内涵,更重要的是它们在纳米电子学、纳米力学、场发射和纳米复合材料等方面都有着极大的应用前景。总所周知,与传统的体相材料相比,一维纳米结构有着较高的比表面积和长径比,这使得它们拥有了体相材料不具备的各种新奇特性,如较高的杨氏模量,奇异的一维量子尺寸效应,较高的催化活性等等。
   作为一种重要的第三代半导体材料,碳化硅是近年来所研究的新型宽带半导体材料中一种性能优异,极具发展潜力和广泛应用前景的合成材料。它具有优异的热稳定性、化学惰性,很高的热导率,较宽的光学带隙,非常适用于高温、大功率、抗辐射等特殊技术领域。其一维纳米结构因同时具备其体相的物理特征和一维尺度效应,使其更是受到了人们的广泛关注和研究。人们研究发现一维碳化硅纳米结构具有优良的场发射特性,是一种具有巨大应用前景的场发射材料。到目前为止,人们已经开展了大量的工作围绕着一维碳化硅纳米结构的制备和其相应的光电特性研究。
   我们在没有使用任何模板和催化剂的情况下,通过简单的热蒸发方法,已经成功的制备出了大面积生长的单晶管状碳化硅纳米结构。接着,我们也对其开展了相应的光致发光和场发射特性测试研究。该管状碳化硅纳米结构显示了优良的场发射特性,其阈值电场约为10 v/μm,开启电场低于5 V/μm。此外,我们还开展了接触角测试研究。特别有趣的是,在紫外光的照射下该纳米结构能够发生超亲水到超输水的转变,而通过密闭加热处理后该纳米结构又能恢复到原来超输水的状态,显示了光操控的可逆接触角转变。
   另外,我们还开展了一维碳化硅纳米结构的增强场发射特性研究。要想实现碳化硅材料在场致发射显示器方面的工业应用,必须要进一步降低其开启和阈值电场,并且还要提高其发射电流密度和稳定性。我们通过采用表面改性的方法,来试图提高一维碳化硅纳米结构的场发射特性。这里,我们制备了两种复合一维碳化硅纳米结构:碳化硅@氧化铝核壳纳米线和氧化铝纳米粒子装饰的管状碳化硅纳米结构。这些表面修改后的纳米结构与其未修饰之前相比,都显示出了增强场发射的特性
   在另一方面,可控合成和新纳米结构的制备对于今后纳米器件的发展具有着重大的现实意义,其本身也是目前纳米科技中的一个重要的方面。我们首次合成了一种新奇的可控的双手性异质纳米螺丝钉,该纳米结构由非晶的二氧化硅缠绕在圆锥状的碳化硅主干而构成。此外,我们也观察到其从主干到螺旋丝的生长动力学过程,从而能够实现其螺旋丝的可控操作。该发现能够深化人们对这类复杂的螺旋纳米结构生长机制的理解。
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作者: 崔浩
授予学位: 博士后
学位授予单位: 中山大学
导师姓名: 王成新
学位年度: 2011
语 种: chi
分类号: TB383