氧化镓纳米带的制备研究.docxVIP

氧化镣纳米带的制备研究 Synthesis of -Ga2。Nanobelts 物理系98级向杰 摘要：纳米带是继纳米线、纳米管之后，在 2001年新报道的乂一种准一维纳米 结构。本文介绍了 GO3纳米带制备的新方法。这种方法与首次报道的纳米带的 生长方法有很大不同。用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物形貌进行了分 析发现，纳米带宽约200nm,厚度约10nm,宽度-厚度比大丁 20。选区电子衍 射(SAED)分析表明，产物是纯净的 Ga2O3单晶。实验还发现了一些特殊形态 的纳米结构，如纳米片、柳叶状纳米带等，证明了纳米带是纳米线之外 Ga2O3 一种很常见并稳定存在的形态。最后，我还根据实验现象对纳米带的生长机制进 行了初步的分析与讨论。 Abstracts: Nanobelts are a newly discovered family of quasi-one dimensional nanostructures besides nanotubes and nanowires. Here we report a new route to synthesis Ga 2Q nanobelts, which is different from previously reported. SEM and TEM analysis of the samples revealed that our nanobelts are approximately 200nm wide, 10nm thick, with a width-thickness ratio larger than 20. Selected Area Electron Diffraction (SAED) has confirmed that the products consist of pure GaO3 single crystals. Other kind of nanostructures, such as nano sheets and shuttle-shaped belts are also observed. We have suggested that the nanobelts can occur as commonly as nanowires and is thermally stable. A brief analysis and discussion on how such structure is formed are presented. 近几年来，低维纳米材料的研究逐渐成为一个热点问题， 其研究的焦点是纳 米管和纳米线。这些纳米材料已经显示出奇特的介观物理特性，包括电子弹道输 运1,库仑阻塞2,纳米激光3等。这些准一维材料的结构与大块材料不完全相同， 如纳米碳管是由单层或多层石墨原子层卷曲而成的管状结构， 它们同体材料一样 都是热力学稳定的。为什么会形成纳米线、纳米管这样独特的稳定结构，这个问 题到现在还没有彻底搞活楚。现在已经提出了以下模型来解释纳米线和纳米管的 生长机制：(1) VLS(Vapor-Liquid-Solid)机制。反应物在高温下蒸发，在温度降 低时与催化剂形成低共熔体小液滴，小液滴互相聚合形成大液滴，并且共熔体液 滴作为端部不断吸收粒子和小的液滴，最后因为过饱和而凝固形成纳米线或纳米管4。(2)氧化物辅助生长(Oxide-assisted Growth) 0在这种机制中，氧化物在成 核与生长过程中起了重要作用，生长出的半导体纳米线表面往往有一层非晶氧化 物。(3)模板生长(Template-induced Growth) 0这种方法使用纳米碳管作为生长 的模板，诱导生长出纳米线5。(4) VS机制，被用来解释简单物理蒸发制备 Ga2O3 纳米线6和纳米带7。本文将主要讨论Ga2O3半导体纳米带的制备及可能的生长机 制。 氧化镣(GO3)是一种宽禁带半导体，Eg=4.9eV,其导电性能和发光特性 长期以来一直引起人们的注意。-GazO3是一种透明的氧化物半导体材料，在光 电子器件方面有广阔的应用前景8,被用作丁 Ga基半导体材料的绝缘层，以及紫 外线滤光片。它还可以用作 O2化学探测器。由丁量子尺寸效应等小尺度效应， 往往会对低维纳米材料的输运9和光学性能产生重要影响。因此，Ga2O3低维纳米 结构的研究具有重要的意义。制备 Ga2O3纳米线的方法有很多种：1999年，张 洪洲、俞大鹏6利用物理蒸发的方法得到了 Ga2O3纳米线。此后范守善10, X. C. Wu11等，利用不同的催化剂，使用CVD的方法制备出了 Ga2O3纳米线。X. C. W 还研究了其光致发光性能。韩伟强［12］使用GaN,石墨粉和锐粉混