文档介绍：上海大学博士学位论文
摘要
��一维���纳米材料以其新颖的物理、化学和生物学特性以及在纳米器件中的潜
在用途成为当今纳米技术的研究热点。而一维纳米结构���材料大规模、低成本和
简单有效的合成与组装无论从基础研究的角度来说,还是从性能与应用的角度来看,
都有着重要的意义。本文全面综述了国内外在一维���纳米结构材料的制备、性能
及应用方面的研究进展,开展了一维���纳米结构材料自组装合成技术、表征、形
成机理、动力学和应用探索等方面的研究工作,探讨了一维���纳米结构材料的光
学性能和光催化性能,得到了如下研究结果�
����探索出一种能在各种晶面的硅衬底上自组装取向生长���纳米线的新方法。
该方法提出了采用离子络合转换机理来制备���纳米微晶的研究思想,建立了聚合
物网络骨架控制���纳米点成核和���纳米线生长的新的���纳米结构自组装生
长模型—聚合物网络限域模型。该模型主要基于络合共价作用驱动����高分子�如
����自组装过程的假定,以���等均聚极性高分子作为配位体并充当自组装载体,
通过高分子一金属配位络合反应,将构晶离子����十�结合在高分子侧链上�而当高分
子�����浓度达到亚浓溶液状态时,高分子链相互穿插交叠形成网眼均匀的高分子交
联网络,因而具有了限制与之作用的纳米微粒尺寸和分布的网络限域效应。在���
晶体的极性生长特性和聚合物网络限域效应的双重作用下,可制得分布均匀、尺寸
均一、定向性好的���纳米线。此技术成功地克服了以往气相法定向生长中通常要
求���晶体晶面须与衬底表面匹配的限制,使得纳米线的生长对衬底不具有选择性,
同时还可以实现在低温环境下的制备。
����利用离子络合转换机理和聚合物网络限域生长模型,分别采用高分子络合�
气相生长法、高分子络合�溶液生长法和高分子络合一烧结法等三种自组装合成方法,
在半导体硅衬底上自组装出了分布均匀、粒度单一性好的取向生长���纳米线�棒等
一维纳米结构材料����纳米线牌的直径约为��一�����,长度为���一�����具
有六方纤锌矿晶体结构,沿�����】方向取向生长,其晶体质量与当前文献报道的最
佳结果相当。
����分析研究了所制备���纳米结构材料的尺寸、形貌、排列间距和晶体质量的
上海大学博士学位论文
控制影响因素。研究发现,���纳米结构的自组装生长是由其极性生长特征和高分
子网络骨架限域模型决定的,各种生长条件对���纳米结构的影响主要是通过控制
���形核和生长基元����������一在先驱体溶液中的比例来实现的。采用不同的络合
材料会影响���纳米结构的形貌,利用�������等高分子材料作为络合剂可以
得到均匀直径的���纳米线,而利用氨水、柠檬酸钠�����和六亚***四***������
等小分子材料作为络合剂,则分别得到���纳米花、���纳米片和棒糙状���纳
米棒�调节所用高分子亚浓溶液浓度,可控制���纳米材料的粒径和分布�控制适
度弱碱性的络合溶液��值有利于���纳米结构沿������取向生长,在弱碱性溶液
中易得到长柱状���纳米线,而在强碱性溶液中易形成短的���纳米棒以至颗粒。
此外,分析比较了高分子络合法三种工艺对���晶体形貌的影响,发现采用高分子
络合一溶液生长法和高分子络合�烧结法得到的���纳米线柱面光滑均匀,且高分子
络合一�烧结法制备的纳米线端面更平滑并呈现明显六角柱形结构�而采用高分子络合
�气相生长法制得的纳米线呈现不等径生长的层�台阶�状结构,并应用晶体生长界面
运动学和界面动力学理论解释了���纳米结构晶体表面台阶的成因。
����研究了一维���纳米结构的光致发光性能、紫外吸收性能和光催化性能。典
型的���纳米线室温下在�����激发光下的光致发光谱主要有两个峰�一个是���
��附近的近带边强紫外发射峰,半高宽为������,另一个是����处较弱的蓝光
发射峰或����处的弱绿光发射峰。紫外发射峰与���的带间跃迁相关,主要来自
���材料中电子和空穴的直接复合,而蓝一绿光发射峰可能由���中的氧空位或锌填
隙等结构缺陷引起。所制备的样品晶体完整性较高,其光学性能与当前文献报道的
最佳结果相当。
��同���体材料�紫外吸收峰������相比,所制备的一维���纳米结构材料的紫外
吸收峰在一����处,蓝移了一����且其紫外光吸收性能与粒径大小有关,随着
���粒径的减小,紫外吸收峰出现蓝移,呈现出室温量子尺寸效应。
��一维���纳米结构材料在太阳光的照射下对染料***红具有较好的光催化降解
作用,在光照������后,对***红的降解率几乎可达��