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一维纳米结构体系由于拥有丰富的物理内涵和重要技术应用前景，近年来该领域已发展成为纳米科技研究的前沿和热点。作为纳米电子学、纳米光子学和纳米传感等诸多纳米新技术的基本构建单元，一维纳米结构的可控生长制备是大规模应用的必要前提。在本论文中，我们以大量的实验为基础，以晶体生长的理论为依据，系统全面地分析了一维纳米结构的生长机理和形态结构演化特征，提出了有效可行的生长控制工艺路线。再结合先进的结构表征手段(高分辨透射电镜，背散射电子衍射，微区光致发光，荧光显微等)，详细地分析了多种纳米结构单元的显微界面，并以发光和光传输的实例提出一维介观结构的界面与性能的关联特性。本研究分四个方面：
㈠一维纳米结构的取向生长、生长界面和生长机理。我们运用常用的汽—液—固(VLS)和汽—固(VS)两种生长模式制备了多种一维纳米结构，然后结合显微分析的证据，分别考察了汽相生长系统的成核特点和生长方式，总结了一维生长和取向生长的原因及控制方法。再结合实验取材，对VS方式制备的纳米结构生长界面进行详细的显微分析，实证地提出光滑界面生长的二维成核生长机制、邻位面生长机制，以及螺位错生长机制、层错生长机制、孪晶生长机制、凹面生长机制等缺陷主导的生长机制，并且从微观角度解释了缺陷对生长的作用过程。对于VLS模式的生长，总结了光滑界面生长机制和粗糙界面生长机制，并对自催化的反应机理结合相图进行了分析。最后还提出一种VLS—VS联合生长机制，能够成功解释当前诸多生长制备中难以界定的生长机理和生长现象。
㈡从生长界面的运动特点出发，对准一维纳米结构进行形态学研究。结合传统的晶体平衡形态理论和介观尺度晶体的尺寸特点，总结出介观尺度上晶体形态多样性的主要决定因素。结合实验，对生长过程中的生长界面稳定性进行了讨论。然后以形态复杂多样的ZnO一维纳米结构为实例，分析出最基本的结构单元，然后系统而融贯地揭示了多尺度层面上的形态关联。还创意地将背散射电子衍射技术运用到表面晶体结构的界定中来。此外，以SnO2准一维介观结构的生长形态特征为例，解释了形态多样性的本质原因，对其形态演化的过程进行了预测，提出之折状准一维结构的生长范式。
㈢专门对多种氧化物一维纳米结构进行了原子尺度的结构表征。重点分析了各种常见的乃至不寻常的缺陷形态和表面结构，如孪晶界面，层错界面，以及表面层附件的原子面弛豫等情况作了详细的表征，揭示了纳米尺度的一维晶体生长中体现的界面结构特点，为佐证其生长机制提供了全面的支持信息。另外，还结合多重孪晶界面的对生长所起到的周期转向特性，解释了不常见的生长转折现象。
㈣集中开展了对几何形态结构、界面结构相关的光性能研究。通过光致发光、光学显微(透射和荧光)的测试表征，对所制备的半导体材料发光与光传输特性进行了详尽的研究。结合ZnO晶体中绿光起源的主要因素氧空缺的形成原因，实现了极强的绿光发射材料的实验调控。另外还通过实验和计算分析，解释了多节状ZnO条带结构的光波导现象，例证了外形结构相关的重要性能，强化了低维结构光洁表面的重要性。