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大规模、均匀的Cu_（2-x）Se纳米阵列的可控制备与性能研究

作　者: 陈海华
导　师: 胡俊青
学　校: 东华大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 纳米阵列 Cu基材料可控合成性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

非整比化合物Cu2-xSe作为重要的p-型半导体材料,在热电、光电、催化、传感、超导、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。发展新的合成方法,探索其生长机制,从而获得具有特定尺寸、形貌、维度、单分散性等的半导体纳米阵列,对于深入系统地研究纳米材料与性能的关系,并进一步实现纳米材料的组装,构建功能纳米结构体系,最终使纳米材料进入应用领域具有重要意义。本论文就铜基底上Cu2-xSe纳米阵列的大规模、高均匀液相调控合成及其相关性质进行了研究,对纳米材料的形成机制、材料尺寸形貌等与性能之间的关系进行了有益探索。采用了简单的水热合成路线,在没有使用模板和活性剂的条件下,直接使用铜基底与硒碱溶液反应,合适温度下成功合成了大规模、高均匀的Cu2-xSe纳米片阵列。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段,对所得产物的晶体结构、尺寸及形貌特征进行表征,并研究了反应物浓度、反应时间的变化规律。这些Cu2-xSe纳米片阵列呈薯片状,有均一的形貌和洁净的表面,平均厚度达30-50 nm。实验结果表明：随着反应温度的增大,生成的Cu2-xSe产物的形态将发生变化。提出了Cu2-xSe纳米片阵列的形成机理,并验证了层状结构与纳米片形成的相关性。另外,该反应体系能够拓展到更薄的规则图案的铜网作为基底和铜源直接构筑无接触电阻的纳米阵列。这种纳米级别图案生长技术将为材料的小型化、元件的高集成、高密集存储和超快传输提供广阔的应用空间。我们发展了水热合成方法,分别在添加不同浓度的氨水溶液和更换反应溶剂及硒源的条件下,于同一反应体系通过原位成核和结晶生长两个过程合成了形貌丰富的大规模、高均匀的的Cu2-xSe纳米带/线结构阵列。通过对影响产物形貌的因素的研究,确定此反应遵从碱性条件下晶体的极性生长机制。不同形貌的荧光性质研究表明,组成Cu2-xSe纳米结构阵列的分级特征越明显,荧光光谱的强度越强,反之越弱。同时,研究了它们的疏水性能,其中,铜基上纳米带阵列薄膜的接触角达到了160°,显示了超疏水性能。表面润湿性研究表明,接触角与表面形貌有关,不同表面形貌的纳米阵列薄膜与水的接触角不同。我们可以通过铜基表面的简单化学修饰和生长不同形貌的纳米阵列来调控它的表面疏水性能。最后,在分析文献和实验总结的基础上,在水相中进行了Cu2-xSe基纳米异质结新合成路线的探索。在水相中以锌片为基底直接生长出了大规模的一维ZnS纳米线,为水热合成路线合成ZnSe/Cu2-xSe纳米异质结准备了基础数据。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章文献综述  12-32
  1.1 研究背景  12-15
  1.2 半导体纳米阵列的研究进展  15-29
    1.2.1 硒化铜纳米材料的合成方法  15-21
    1.2.2 半导体纳米阵列的合成进展  21-29
  1.3 水热合成方法的简介  29-30
  1.4 论文研究的意义与内荣  30-32
    1.4.1 论文研究的意义  30-31
    1.4.2 论文研究的内容  31-32
第二章 Cu_(2-x)Se纳米片阵列的可控合成、生长机理与性能  32-47
  2.1 引言  32-34
  2.2 实验部分  34-37
    2.2.1 原料及仪器  34-35
    2.2.2 样品合成过程  35-36
    2.2.3 样品表征方法  36-37
  2.3 实验结果与讨论  37-46
    2.3.1 Cu_(2-x)Se纳米片阵列的形貌与结构  37-40
    2.3.2 Cu_(2-x)Se纳米片双层阵列的形貌与结构  40-41
    2.3.3 Cu_(2-x)Se纳米片阵列的生长机理研究  41-43
    2.3.4 其他反应条件对实验结果的影响  43-44
    2.3.5 表面活性剂对Cu2-xSe阵列形貌的影响  44-46
  2.4 Cu_(2-x)Se纳米片的光学性质  46
  2.5 本章小结  46-47
第三章 Cu_(2-x)Se纳米带/线阵列的可控合成、生长机理与性能  47-65
  3.1 引言  47-48
  3.2 实验部分  48-50
    3.2.1 原料及仪器  48-49
    3.2.2 样品合成过程  49-50
    3.2.3 样品表征方法  50
  3.3 结果与讨论  50-60
    3.3.1 铜片上Cu_(2-x)Se纳米带阵列  50-54
    3.3.2 铜片上鱼鳞状Cu_(2-x)Se纳米次级结构  54-55
    3.3.3 铜片上毛笔状Cu_(2-x)Se纳米线阵列的可控制备  55-60
  3.4 Cu_(2-x)Se纳米阵列的光  60
  3.5 Cu_(2-x)Se纳米阵列的表面润湿性  60-63
  3.6 本章小结  63-65
第四章 Cu_(2-x)Se基纳米异质结构的合成探索  65-74
  4.1 引言  65-66
  4.2 实验部分  66-69
    4.2.1 化学药品与实验仪器  66-67
    4.2.2 样品合成  67-69
  4.3 结果与讨论  69-73
    4.3.1 ZnS纳米线的表征  69-70
    4.3.2 ZnSe/Cu_(2-x)Se纳米异质结的调控及表征  70-72
    4.3.3 Ag_2Se纳米棒的表征  72-73
    4.3.4 AgSe/Cu_(2-x)Se纳米异质结的表征  73
  4.4 本章小结  73-74
第五章总结与展望  74-76
  5.1 论文总结  74-75
  5.2 论文展望  75-76
参考文献  76-86
攻读硕士学位期间发表的学术论文目  86-87
致谢  87

大规模、均匀的Cu_（2-x）Se纳米阵列的可控制备与性能研究

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