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SiC基一维纳米材料的结构调控及性能研究

作　者: 王秀春
导　师: 唐宾；杨为佑
学　校: 太原理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: SiC CVD 异质结纳米线生长机理
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着纳米科技的发展,一维半导体纳米材料的研究与应用越来越引起更为广泛的关注。SiC基—维纳米材料不仅集中了SiC和—维纳米材料的优点,还在电磁、光、热和机械性能等方面有着优异的性质,在复合材料、电子器件等领域极具发展潜力。SiC纳米异质结材料在继承SiC—维纳米材料的优点的基础上,又集合了其它材料的优异性质,进一步拓宽了其应用领域。因此,研究SiC—维纳米材料和SiC纳米异质结的合成及性质具有深远意义。本论文通过围绕SiC纳米异质结的可控生长展开研究,以研制新颖的异质结构为目标,利用化学气相沉积法(CVD)为制备手段,优化制备工艺参数条件,达到大面积、高质量可控地制备出SiC-SiO2异质结、SiC-CNT/C异质结阵列和SiC/C纳米电缆,实现对SiC基—维纳米材料结构—性能的调控。通过系统研究其XRD.SEM.TEM.拉曼以及XPS等数据,分析并提出了它们的生长机制,相关研究成果如下：(1)制备直径约为1 OOnm,长度为几十微米3C-SiC纳米线,得到SiC纳米线的最优工艺参数,其生长机制遵循VLS生长机制；(2)制备三维网状SiC-SiO2核壳异质结,证明其具有优异的紫外发光能力,其生长机制遵循VLS生长机制；(3)制备新颖的SiC-CNT/C异质结阵列,其结构为无定形C层包裹着的多壁碳纳米管阵列,在CNT/C的头部有SiC颗粒,其生长机制为顶端生长机理和密度限制机理共同作用；(4)制备一种新型的SiC/C核壳电缆结构,遵循两步法SLS生长机理,并证明SiC核表面改性的碳层不但提高了其电学输运性能,而且使SiC表面由亲水性变为疏水性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-31
  1.1 引言  11-12
  1.2 纳米材料简介  12-14
    1.2.1 纳米科技的兴起  12
    1.2.2 纳米材料的定义及分类  12
    1.2.3 纳米材料的特性  12-14
      1.2.3.1 量子尺寸效应  12-13
      1.2.3.2 小尺寸效应  13
      1.2.3.3 宏观量子隧道效应  13
      1.2.3.4 表面效应  13
      1.2.3.5 库伦阻塞效应  13-14
  1.3 SiC半导体材料简介  14
  1.4 一维纳米材料的生长机理  14-17
    1.4.1 气-液-固(V-L-S)  14-16
    1.4.2 溶液-液相-固相法(S-L-S)  16
    1.4.3 气-固(V-S)  16-17
  1.5 SiC一维纳米材料的制备方法  17-21
    1.5.1 化学气相沉积法(CVD法)  17
    1.5.2 模板法  17-18
      1.5.2.1 纳米材料模板法  17-18
      1.5.2.2 多孔氧化铝模板法(AAO)  18
    1.5.3 溶胶凝胶法  18
    1.5.4 碳热还原法  18
    1.5.5 电弧放电法  18-19
    1.5.6 溶剂热法  19
    1.5.7 热蒸发法  19-20
    1.5.8 微波法  20
    1.5.9 有机前驱体热解法  20
    1.5.10 激光烧蚀法  20-21
    1.5.11 其他方法  21
    1.5.12 小结  21
  1.6 选题背景与研究内容  21-24
    1.6.1 选题背景  21-22
    1.6.2 主要内容  22-24
  参考文献  24-31
第二章制备方法和测试仪器  31-37
  2.1 制备方法  31-33
    2.1.1 实验原料和设备  31-32
    2.1.2 实验方法  32-33
  2.2 测试方法  33-37
    2.2.1 X射线衍射仪(XRD)  33
    2.2.2 X射线光电子谱(XPS)  33-34
    2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)  34
    2.2.4 透射电子显微镜(TEM)  34
    2.2.5 拉曼光谱仪(Raman Spectroscopy)  34-37
第三章乙醇热解化学气相沉积法制备SiC纳米线  37-49
  3.1 前言  37
  3.2 CVD法制备SiC纳米线及其性质表征  37-40
    3.2.1 实验方案  37-39
    3.2.2 结果与讨论  39-40
      3.2.2.1 SiC纳米线的SEM观察结果  39-40
      3.2.2.2 SiC纳米线的XRD分析结果  40
  3.3 SiC纳米线的生长机制  40-41
  3.4 温度对SiC纳米线生长的影响  41-42
  3.5 催化剂对SiC纳米线生长的影响  42-43
  3.6 保温时间对SiC纳米线生长的影响  43-44
  3.7 其他试剂对SiC纳米线的影响  44
  3.8 SiC纳米线性能的研究  44-46
  3.9 小结  46-47
  参考文献  47-49
第四章化学气相沉积法制备SiC基一维纳米异质结  49-69
  4.1 前言  49-50
  4.2 SiC-SiO_2异质结的制备、表征及性能  50-54
    4.2.1 实验制备过程  50
    4.2.2 实验结果与表征  50-53
      4.2.2.1 SiC-SiO_2异质结的SEM观察结果  50
      4.2.2.2 SiC-SiO_2异质结的XRD分析结果  50-52
      4.2.2.3 SiC-SiO_2异质结的TEM观察结果  52-53
    4.2.4 SiC-SiO_2纳米网状结构的生长机制  53-54
  4.3 SiC-CNT/C纳米异质结阵列的制备  54-59
    4.3.1 实验制备过程  54
    4.3.2 结果与讨论  54-58
      4.3.2.1 SiC-CNT/C纳米异质结阵列的SEM观察结果  54-56
      4.3.2.2 SiC-CNT/C纳米异质结阵列的XRD分析结果  56
      4.3.2.3 SiC-CNT/C纳米异质结阵列的TEM观察结果  56-57
      4.3.2.4 SiC-CNT/C纳米异质结阵列的拉曼光谱分析  57-58
    4.3.3 SiC-CNT/C异质结阵列的生长机制  58-59
  4.4 C纤维阵列的制备、表征及性能  59-63
    4.4.1 实验制备过程  59
    4.4.2 实验结果与表征  59-62
      4.4.2.1 C纤维的SEM观察结果  59-60
      4.4.2.2 C纤维的XRD分析结果  60
      4.4.2.3 C纤维的TEM观察结果  60-61
      4.4.2.4 C纤维的拉曼光谱分析结果  61
      4.4.2.5 C纤维的XPS分析结果  61-62
    4.4.3 C纤维阵列的生长机理  62-63
  4.5 氩气流速对SiC纳米异质结生长的影响  63-64
  4.6 小结  64-66
  参考文献  66-69
第五章 SiC/C纳米电缆的合成及性能性能研究  69-81
  5.1 前言  69-70
  5.2 实验制备过程  70-71
  5.3 实验结果与讨论  71-76
  5.4 结论  76-77
  参考文献  77-81
第六章结论与展望  81-83
  6.1 结论  81-82
  6.2 展望  82-83
致谢  83-85
硕士期间发表论文  85

SiC基一维纳米材料的结构调控及性能研究

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