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基本信息

項(xiàng)目名稱：
多層ZnTe納米線陣列的合成、表征和強(qiáng)激子發(fā)射
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本文從研究納米材料生長(zhǎng)方式以及形貌的控制上入手，研究出了一種具有多層，超結(jié)構(gòu)的ZnTe納米半導(dǎo)體材料的合成方法。并運(yùn)用X-射線衍射儀器，掃描電鏡，透射電鏡，熒光分光光度計(jì)等多種手段對(duì)其進(jìn)行表征?？疾炝瞬煌磻?yīng)條件下ZnTe納米晶體的形貌、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，產(chǎn)物的圖譜表明該材料具有優(yōu)良的光學(xué)性能；最后，探討了這種明顯不同于傳統(tǒng)“V-L-S”生長(zhǎng)機(jī)制的納米材料可能的生長(zhǎng)方式。
詳細(xì)介紹：
一維納米半導(dǎo)體材料由于其獨(dú)特的小體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)而廣受人們的關(guān)注。在合成上來(lái)說(shuō)，控制生長(zhǎng)和組裝二維甚至是三維具有超結(jié)構(gòu)的納米材料是材料科學(xué)研究領(lǐng)域倍受關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。 在日常研究中，人們一直傾向于使用“汽-液-固”（V-L-S）機(jī)制來(lái)闡述一維納米材料生長(zhǎng)機(jī)理。在這種傳統(tǒng)的V-L-S機(jī)制下，納米尺度上的金屬液滴吸收氣態(tài)的反應(yīng)物從而起到催化的作用，并由它最終決定了納米材料線（管）的生長(zhǎng)方向，限制了材料的直徑。通常來(lái)說(shuō)，一份催化劑只能催化一次化學(xué)反應(yīng)。在這種機(jī)制下，一個(gè)催化劑顆粒上只能形成一根納米線（管）。從而催化劑的用量會(huì)控制納米線的產(chǎn)率。近來(lái)，有文章報(bào)道，一微米的Ga液滴可以自發(fā)地催化SiOx納米管的形成，并在不同的條件下產(chǎn)生相應(yīng)的納米管。但是我們發(fā)現(xiàn)除了Ga外，其他金屬還未被報(bào)道用類似自催化機(jī)制的方式來(lái)合成納米線（管）。所以，在這篇文章中，我們嘗試用金屬Zn和Te合成納米線，在反應(yīng)過(guò)程中Zn既是反應(yīng)物，又充當(dāng)了催化劑。最后成功地得到了具有多層，超結(jié)構(gòu)的ZnTe納米線陣列。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明這種材料的生長(zhǎng)方式明顯不同于傳統(tǒng)的“V-L-S”生長(zhǎng)方式，同時(shí)也不同于Ga液滴自發(fā)催化SiOx納米管形成的生長(zhǎng)方式。這是一種全新的生長(zhǎng)方式。文章中我們嘗試對(duì)這種生長(zhǎng)機(jī)理作了可能的解釋。這種有趣的連續(xù)的生長(zhǎng)方式可能可以為其他納米線（管）生成機(jī)理的理解開(kāi)拓思路。同時(shí)對(duì)于這種全新的納米材料生長(zhǎng)方式的進(jìn)一步研究可以為今后一維納米材料在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)器件化提供可能。

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

納米半導(dǎo)體材料廣受人們的關(guān)注?？刂粕L(zhǎng)和組裝具有超結(jié)構(gòu)的納米材料是材料科學(xué)研究領(lǐng)域倍受關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。因此，本作品研究了具有超結(jié)構(gòu)的ZnTe半導(dǎo)體納米材料的新型合成方法；運(yùn)用多種手段對(duì)其進(jìn)行表征，考察了不同反應(yīng)條件下ZnTe納米晶體的形貌、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明該材料具有優(yōu)良的光學(xué)性能；最后，探討了這種明顯不同于傳統(tǒng)“V-L-S”生長(zhǎng)機(jī)制的納米材料可能的生長(zhǎng)方式。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

在傳統(tǒng)的“汽-液-固”機(jī)制中，催化劑的用量會(huì)控制納米線的產(chǎn)率。而在這篇文章中，我們嘗試用金屬Zn和Te合成納米線。最后成功地得到了具有多層，超結(jié)構(gòu)的ZnTe納米線陣列。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明這種材料的生長(zhǎng)方式是一種全新的生長(zhǎng)方式。這種有趣的生長(zhǎng)方式可能為其他納米線（管）生成機(jī)理的理解開(kāi)拓思路。同時(shí)也為今后一維納米材料在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)器件化提供了可能。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

實(shí)驗(yàn)中，該材料的多核生長(zhǎng)機(jī)制明顯不同于傳統(tǒng)“V-L-S”生長(zhǎng)機(jī)制。我們嘗試提出其可能的生長(zhǎng)機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)可以豐富我們對(duì)納米線生長(zhǎng)機(jī)制的理解，為今后完整解釋一維納米材料的生長(zhǎng)方式提供可能。 產(chǎn)物的圖譜證明產(chǎn)物表面光滑，尺度均一，結(jié)晶良好，并顯示出強(qiáng)FE發(fā)射峰和弱Ia吸收線。這些都充分說(shuō)明了這種材料優(yōu)越的性能。這些都使其成為納米技術(shù)領(lǐng)域一種非常有前景的材料，為今后實(shí)現(xiàn)器件化奠定了基礎(chǔ)。

學(xué)術(shù)論文摘要

這篇文章用一種新的生長(zhǎng)方式合成出多層、超結(jié)構(gòu)、單線狀的ZnTe半導(dǎo)體納米線。納米線有序排列，最終聚合生成納米陣列。整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，這新穎、奇特的生長(zhǎng)方式生成了多層的超結(jié)構(gòu)納米線。這種有趣的生長(zhǎng)方式明顯不同于傳統(tǒng)的“V-L-S”生長(zhǎng)方式，而是一種新型的多核生長(zhǎng)方式。這種生長(zhǎng)方式可能可以為其他納米線（管）生成機(jī)理的理解開(kāi)拓思路。并且，以這種方式合成的ZnTe納米材料具有優(yōu)越的光學(xué)性能，為今后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)器件化奠定了基礎(chǔ)。

獲獎(jiǎng)情況

1.該論文于2008年12月發(fā)表于美國(guó)化學(xué)會(huì)刊物J. Physical Chemistry C 上 2.2008年12月在某校組織的“挑戰(zhàn)杯”校內(nèi)選拔賽中獲自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文組特等獎(jiǎng) 3.2009年6月在某省“挑戰(zhàn)杯”中獲自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文組特等獎(jiǎng)

鑒定結(jié)果

該文章中給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖表等均真實(shí)可靠。

參考文獻(xiàn)

(1) Hu, J.; Odom, T. W.; Lieber, C. M. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 435. (2) Cui, Y.; Lieber, C. M. Science 2001, 291, 851. (3) Rueckes, T.; Kim, K.; Joselerich, E.; Tseng, G. Y.; Cheung, C.; Lieber, C. M. Science 2000, 289, 94. (4) Fuhrer, M. S.; Nygard, J.; Shih, L.; Forero, M.; Yoon, Y.; Mazzoni, M. S. C.; Choi, H. J.; Ihm, J.; Louie, S.; Zettl, A.; McEuen, P. L. Science 2000, 288, 494. (5) Noda, S.; Tomoda, K.; Yamamoto, N.; Chutinan, A. Science 2002, 289, 604.

同類課題研究水平概述

一維、線狀的納米材料從電學(xué)器件到分子感應(yīng)的光電材料都具有廣泛應(yīng)用。由于一維納米半導(dǎo)體材料具有獨(dú)特的小體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，其生成機(jī)制和性質(zhì)應(yīng)用一直都被人們所關(guān)注。納米線的形貌、尺度和生長(zhǎng)方式都將決定其最終的性能和用途。近年來(lái)，人們一直嘗試用各種不同的方式來(lái)合成納米材料，如液相法、固相法、均相沉淀法、噴霧熱解法等等。其中，汽-液-固（“V-L-S”）機(jī)制被廣泛地用來(lái)解釋一維納米材料的生長(zhǎng)方式。然而在這種情況下，一份催化劑只能催化一次化學(xué)反應(yīng)。在使用“V-L-S”方法時(shí)，一個(gè)催化劑顆粒上只能形成一根納米線（管）。從而催化劑的用量控制了納米線的產(chǎn)率。而納米線的形貌、尺度和生長(zhǎng)方式都將決定其最終的性能和用途。所以這種傳統(tǒng)的“V-L-S”機(jī)制不能很好地滿足人們?cè)诤铣杉{米材料上的需要。 同時(shí)，由于單一納米線在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)器件化有一定難度，因此，將一維納米線組裝成二維、三維納米線超結(jié)構(gòu)不僅在制備科學(xué)上具有重要的意義，而且如果其組裝順利，也能進(jìn)一步推進(jìn)一維納米材料的器件化的實(shí)現(xiàn)。 近來(lái)，一些文章報(bào)道，一微米的Ga液滴可以自發(fā)地催化氧化硅納米管的形成，并在不同的條件下產(chǎn)生多種結(jié)構(gòu)的氧化硅納米管。但是除了Ga外，其他金屬還未被報(bào)道用類似的催化機(jī)制來(lái)合成納米線（管）。所以在這篇文章中，我們嘗試用金屬Zn和Te合成納米線。其中Zn既是反應(yīng)物，又是催化劑，反應(yīng)方式便捷、簡(jiǎn)單。通過(guò)多種手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征，證明了通過(guò)這種方式我們成功地得到了性能良好的多層ZnTe納米線陣列。
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