文档介绍：第期无机化学学报
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综述
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气相法合成一维无机纳米材料的研究进展
方晓生张立德
中国科学院固体物理研究所合肥
摘要一维无机纳米材料是研究电子传输行为、光学特性和力学机械性能等物性的尺寸和维度效应的理想系统将在构筑纳米
电子和光电子器件等集成线路和功能性元件的进程中充当非常重要的角色已成为当前纳米材料科学领域的前沿和热点。本
文将从一维无机纳米材料的合成、表征和物性研究等方面结合近年来国内外的最新进展对这一新兴领域作一概述。
关键词气相法一维无机纳米材料
中图分类号文献标识码文章编号
引言纳米块体材料由于颗粒之间的界面结构的复杂性
很难把量子尺寸效应和表面效应对奇特理化效应的
自从年日本公司等发现纳米贡献搞清楚。一维无机纳米材料阵列体系可以把纳
碳管以来其他的一维无机纳米材料如纳米管、米结构单元进行可控制的分离这就有可能使人们
纳米棒、纳米线、纳米带和纳米同轴电缆等立刻引起深入认识纳米材料的量子尺寸效应、小尺寸效应和
了许多科技领域的科学家们极大关注。在知识创表面效应对奇特物性的贡献同时也为研究耦合效
新层面上一维无机纳米材料为人们提供了科学内应和协同效应提供了前提条件这就为建立纳米材
涵极为丰富的创新空间它揭示了纳米材料奇特物料科学的理论框架奠定了基础。在应用层面上一维
性和谱学特征不仅仅和尺度、结构有关同时和纳米无机纳米材料及其阵列是下一代器件制造的基础
材料的形貌、形态有密切关系这就为人们进一步深进入血管微型机器人使用的微工具、微流体和纳流
入认识基本纳米效应提供了机遇。无序堆积而成的体的微型探测器、纳米晶体管、病毒细菌的快速检
收稿日期。收修改稿日期。
国家重大基础研究规划项目“纳米材料和纳米结构”和国家自然科学基金资助项目
。
通讯联系人。
第一作者方晓生男岁博士研究方向一维纳米材料和纳米结构。
· · 无机化学学报第卷
测、有毒有害气体的痕量探测器等主要都是以一维法合成了、、、纳米线
无机纳米材料为基础的因此一维无机纳米材料是等采用氧化物作原料利用简单的物理蒸发法制备
当前纳米材料科学领域的前沿和热点。出系列无机半导体氧化物纳米带。
一维无机纳米材料的制备方法种类繁多简单氧化物辅助生长
而言有气相法、液相法和模板法等。在合成一维无氧化物辅助生长方式最先由香港城市大学的
机纳米材料时气相合成法是使用最多的方法。它的小组提出来的。不同于通常的金属催化的
优势在于可以生长几乎任何一维无机纳米材料操生长机理在一维无机纳米材料的成核和生长过程
作比较简单易行。在本文中首先我们就气相法合成中他们利用氧化物代替金属生长了大量的、高纯的
一维无机纳米材料的机理进行介绍然后结合近年一维无机纳米材料。如、、、、
来国内外的最新进展从一维无机纳米材料的合成、等一维无机纳米材料并认为生长硅纳米线
表征和物性研究等方面作一简要概述。时可以不需要金属催化剂。在氧化物辅助生长过程
中通过热蒸发或激光烧蚀产生的气态起着
气相法合成一维无机纳米材料的
关键性作用。
机理气相法与模板限域相结合的方法
气液固生长机制利用碳纳米管作为限域反应空间并且碳纳米
早在世纪年代就利用机制管中的碳元素作为反应生成物或中间反应物的碳源
来制备单晶晶须在随后的几十年中通过这参与反应合成一维实心纳米线。等首次用碳
种普适性的方法制备出了大量的单质或化合物晶纳米管为前驱体在流动氩气保护下合成出长度与
须。随后随着纳米材料的发展人们通过控制催化剂碳纳米管相近的纳米线。分析指出在没有金
的尺寸制备了大量的纳米线、纳米棒、纳米管。催化剂条件下利用碳纳米管自身高的活性及对纳
生长机制一般要求必须有催化剂也叫触媒的存米线生长具有空间限制作用可以获得一维纳米线。
在在适宜的温度下催化剂能与生长材料的组元互等将碳纳米管与具有较高蒸气压的氧化物和卤
熔形成液态的共熔物生长材料的组元不断的从气化物反应成功合成出直径为长度为
相中获得当液态中溶质组元达到过饱和后晶须将μ的碳化物实心纳米棒。清华大学物理系范守善
沿着固液界面一择优方向析出长成线状晶体。很研究小组等用碳纳米管作为限域反应空间成功地
显然催化剂的尺寸将在很大程度上控制所生长晶合成了纳米棒。中国科学院固体所张立德小
须的尺寸。实验证明这种生长机制可用来制备大量组首次采用气相法与有序孔洞模板相结合的方法合
的单质、二元化合物甚至更复杂成分的单晶而且成了纳米线和纳米线等一维无机纳米材