MgO、Bi<,2>O<,3>、GaN和ZnO纳米结构的制备、表征及其形貌影响因素研究

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本论文工作用气相沉积法制备了MgO、ZnO、Bi2O3和GaN纳米结构并对其形貌影响因素进行了研究。所制备的纳米结构包括多种形貌特征的一维纳米结构、由一维纳米结构组成的复杂结构、二维片状纳米结构、具有一定规则外形的纳米颗粒等。对这些纳米结构的形状特征、微观结构以及部分物性进行了表征,对其生长过程进行了分析。系统研究了工艺条件、反应方式、原料物相和掺杂等影响因素对MgO、ZnO、Bi2O3和GaN多种纳米结构的形成和形状的影响。主要研究结果如下: 采用直接气相反应,通过调整工艺参数成功的制备了大量的MgO光滑纳米线、项链状纳米线、带头纳米棒等具有不同形状特征的一维纳米结构和两种非一维纳米结构-三维纳米方棒和纳米立方体。研究了这几种纳米结构的形貌特征和微结构。高分辨透射电镜观察表明MgO纳米线、纳米棒、三维纳米方棒的轴向生长分别是[100]、[111]、[100]向。对各种纳米结构的生长过程进行了研究。带头纳米棒的生长遵循一种自催化的气—液—固机制。 采用直接加热升华Bi2O3粉末的方法,制备了Bi2O3纳米方片。使金属Bi与极少量残余氧气反应合成了单分散的Bi2O3纳米球。对这两种纳米结构的形状特征和微结构进行了观察和分析。透射电镜观察表明Bi2O3纳米方片和纳米球是单晶。此纳米方片在长宽两个方向上分别沿着[210]和[122]向生长。 通过催化剂辅助,采用两种不同的气相反应方式制备出GaN纳米带、绳索状纳米线、三棱柱外形的纳米棒。对这些纳米结构的形貌、微结构和生长机制进行了观察和分析。高分辨透射电镜观察表明GaN纳米带和三棱柱外形的纳米棒是单晶,其轴向生长方向都是[210]向。而GaN绳索状纳米线不是单晶。研究了GaN纳米带的拉曼光谱和光致发光光谱。基于纳米线生长过程中的形貌不稳定性理论对绳索状GaN纳米线迂回曲折的形状特征进行了初步解释。 对比分析了工艺条件对不同形状特征MgO纳米结构的影响;讨论了Ga源、Ga2O3粉末的物相和颗粒特征等因素对GaN纳米结构形貌的影响作用,认为对Ga2O3粉末进行球磨处理是获得大量GaN纳米材料的关键,Ga2O3粉末在球磨过程中的相变可能是GaN纳米结构从带状向绳索状过渡的原因;研究了铋源和工艺条件等因素对所制备Bi2O3纳米结构形貌的影响。 采用直接气相反应法,分别用纯Zn、掺入20%molIn的Zn-In混合物、掺入20%molMg的Zn-Mg混合物作原料在相同工艺条件下制备出ZnO四足结构、接近带状的纳米片、由不规则多边形形状的纳米片和四足结构的纳米线连接而成的复杂结构。对这几种纳米结构的形状特征进行了对比分析。初步分析了其生长过程。研究了In和Mg在原料中的掺杂对所合成ZnO纳米结构形貌的影响。
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