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形状可控的金属VIA族半导体的γ-射线辐射法合成

作　者: 胡勇
导　师: 陈家富；谢毅
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 无机化学
关键词: 中国科学技术大学 纳米球 博士学位论文 辐射法合成 六棱柱 阳离子表面活性剂 纳米材料 空心结构 半导体 空心球
分类号: TN304
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


在半导体结构材料制备技术中，γ-射线辐射法是一种技术特点非常鲜明的方法。本研究将电离辐射技术应用于半导体纳米材料制备技术中，研究不同体系与条件下，γ-射线辐射法半导体纳米材料的可控组装行为，发展和优化半导体纳米材料制备新方法。经过精心地构思与巧妙的实验设计，利用60Co γ—射线辐射技术，常温常压下分别成功地制备了半导体硫（硒）化物三维空心结构和空心球、硫（氧）化物的一维结构、二元和三元硫化物的纳米球，并初步探讨了其形成的可能机理及影响因素。相关实验是应用辐射化学新体系研究的有益探索与尝试，本研究成果大大地丰富了辐射化学基础理论知识，也为未来相关合成提供重要的指导与参考。本论文主要内容归纳如下： 1．利用γ—射线辐射法，以水溶性高分子PVP为助剂，简单一步过程获得了半导体化合物CdSe空心结构，其直径大小为25～180nm、壁厚在3～7nm之间。通过巧妙的设计，利用γ—射线辐射PMMA-CS2-ethanol-M2+体系(M2+=Ni2+，pb2+)，分别制备出大小为500nm、壁厚为20nm均匀的硫化镍和硫化铅空心微球，可以说，该途径在制备空心微球方面有一个特别的创新和突破。 2．常温、常压下，以阳离子表面活性剂CTAB为结构生长导向辅助剂，一步辐射途径成功地大批量制备了大小均匀、单分散性好的单晶ZnO六棱柱的结构。分别讨论了影响ZnO六棱柱形成的三个重要因素：a) 纤锌矿自身的结构；b)CTAB的作用；c) 辐射时间／或辐照剂量。此外，以CTAB为生长辅助剂，60℃条件下通过化学溶液途径制备出完美、规整的ZnO纳米花形结构。此方法简单易行，且本实验温度是目前已报道能够获得ZnO纳米花的最低温度，还进一步讨论了可能形成ZnO花形结构的机理。 3．根据纳米级金属单质在空气中可能极易被氧化的特性，设计了简单的辐射还原再氧化的实验路线，制备出单分散性的指南针状纳米单晶Mn3O4。到目前，这也是首次报道这种独特的形貌结构。利用直径为100nm左右的SiO2纳米球所堆积的空隙，在其空隙中首先填入PAM凝胶，进而得到SiO2／PAM模板，然后将该模板放入含有NiSO4·6H2O和Na2S2O3·5H2O溶液中浸泡至溶胀平衡，接着把溶胀

全文目录


摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第一章 纳米半导体材料及γ—射线辐射法制备纳米材料的研究进展  10-46
  §1.1 引言  10-11
  §1.2 纳米科技的研究领域  11-24
    §1.2.1 纳米物理学  11-15
    §1.2.2 纳米化学  15-21
    §1.2.3 纳米材料学  21-22
    §1.2.4 纳米生物学  22
    §1.2.5 纳米医学  22-23
    §1.2.6 纳米电子学  23-24
    §1.2.7 纳米力学  24
    §1.2.8 纳米加工学  24
  §1.3 纳米半导体材料的制备技术  24-30
    §1.3.1 半导体材料简述  24-25
    §1.3.2 纳米半导体材料的进展  25-27
    §1.3.3 半导体纳米结构的制备技术  27-30
  §1.4 γ-射线辐射法制备纳米材料的研究进展  30-35
    §1.4.1 纳米材料的辐射合成法制备  30-34
    §1.4.2 辐射合成法制备纳米材料的展望  34-35
  §1.5 纳米材料的表征  35-39
    §1.5.1 成分分析  36
    §1.5.2 结构和形态分析  36-37
    §1.5.3 性质分析  37-39
  §1.6 本论文的选题背景和研究内容  39-40
  参考文献  40-46
第二章 半导体硫(硒)化物的三维空心结构的辐射法制备  46-64
  §2.1 引言  46
  §2.2 纳米CdSe的化学合成方法  46-49
  §2.3 CdSe三维空心结构的一步辐射法制备  49-52
    §2.3.1 实验部分  49-51
    §2.3.2 形成机制探讨  51-52
  §2.4 硫化镍空心微球的辐射模板法制备  52-58
    §2.4.1 实验部分  52-55
    §2.4.2 空心球形成实验机理  55-57
    §2.4.3 产物的光学性能  57-58
  §2.5 PbS空心球的辐射法制备  58-61
    §2.5.1 实验部分  58-60
    §2.5.2 产物的光学性能  60-61
  §2.6 本章小结  61
  参考文献  61-64
第三章 ZnO的低维纳米结构的辐射法及化学溶液法合成  64-81
  §3.1 引言  64-65
  §3.2 单晶ZnO六棱柱的辐射法制备  65-71
    §3.2.1 实验部分  65-68
    §3.2.2 形成机理和影响因素  68-71
  §3.3 单晶ZnO纳米花的低温溶液生长合成  71-77
    §3.3.1 实验部分  72-75
    §3.3.2 生长机理探讨  75-77
  §3.4 本章小结  77-78
  参考文献  78-81
第四章 半导体氧(硫)化物一维结构的辐射法合成  81-97
  §4.1 引言  81
  §4.2 纳米指南针状结构的单晶Mn_3O_4的辐射法制备  81-86
    §4.2.1 实验部分  83-85
    §4.2.2 形成机理探讨  85-86
  §4.3 辐照SiO_2/PAM模板法合成Ni_3S_2纳米线  86-93
    §4.3.1 单分散二氧化硅纳米球的模板制备  87-88
    §4.3.2 合成思路的提出  88-89
    §4.3.3 实验部分  89-93
    §4.3.4 结果讨论  93
  §4.4 本章小结  93-94
  参考文献  94-97
第五章 表面活性剂辅助辐射法制备二元和三元硫化物纳米球  97-114
  §5.1 表面活性剂的基本概念  97-99
    §5.1.1 表面活性剂对结晶过程的影响  97-98
    §5.1.2 表面活性剂与纳米材料的制备  98-99
  §5.2 PVP辅助的辐射法合成ZnS纳米球  99-104
    §5.2.1 实验过程  99-103
    §5.2.2 形成机理探讨  103-104
  §5.3 PVP辅助的辐射法合成CdS纳米球  104-106
    §5.3.1 实验部分  104-105
    §5.3.2 产物表征  105-106
  §5.4 PVP辅助的辐射法合成Cd_(0.81)Zn_(0.19)S纳米球  106-111
    §5.4.1 实验部分  106
    §5.4.2 产物表征  106-110
    §5.4.3 产品的光学性能  110-111
  §5.5 本章小结  111
  参考文献  111-114
附录:博士期间发表的研究论文  114-115
致谢  115

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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