上世紀90年代納米技術的興起推動了納米材料的研究熱潮和蓬勃發(fā)展。半導體納米材料由于其獨特的物理化學性質而受到了廣泛關注。半導體納米材料的性質不僅與其尺寸和形狀密切相關,還由于納米構造基元間相互作用的存在受到其組裝形態(tài)的影響�！白韵露稀钡慕M裝方法不僅可以精細調控單一組分的組裝行為,還可以引入其他組分形成雜化結構以優(yōu)化性能。深入了解半導體納米材料的組裝機理,解析分子及納米尺度上的多重作用力,是利用組裝技術實現多粒子、多組分組裝結構中協同增強效應的關鍵。本論文以氧化鋅（ZnO）為研究對象,通過可控組裝實現了一系列ZnO及其雜化納米材料的組裝結構,利用理論和實驗相結合的方式揭示了組裝結構的形成機理,并對其應用性能進行了研究。本文旨在為納米材料的可控組裝提供理論支持,主要研究內容包括:自組裝是納米粒子（NPs）形成有序超結構的通用方法之一,完善的自組裝機理有利于精確控制NPs間復雜的相互作用。通過將ZnO NPs分散在水中,誘導其自發(fā)形成高產量微米長度的ZnO NPs鏈。利用光譜測試研究了溶劑對ZnO NPs表面性質的影響。通過實驗結果和多尺度理論模擬的結合分析,提出了水中NPs間氫鍵和偶極-... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數】：154 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

球-棍模式的六方相ZnO結構及其不同面的原子模型[28].Fig.1-1Stick-and-ballrepresentationsofthehexagonalwurtziteZnOstructureandatomicmodelsofdifferentsurfaces[28].

第1章緒論-5-合成了超長ZnO納米帶[35]，如圖1-2a所示。這種生長過程主要是VS過程控制的，在這個過程中，蒸汽直接沉積在有更低溫度的基板上，得到了無缺陷ZnO納米帶。自此之后，人們成功地合成出了多種多樣其他形貌的ZnO納米材料。圖1-2氣相法得到的ZnO納米結構:a)納米帶[35].b)ZnO納米線[38]和c)ZnO粉末[39]得到的ZnO梳狀結構.d)納米管[40].e)類海膽狀ZnO[41].f)三維ZnO結構[42].Fig.1-2ZnOnanostructuresobtainedbygasphasemethods:a)Nanobelts[35].Combstructuresmadeofb)ZnOnanowires[38]andc)ZnOpowder[39].d)Nanotubes[40].e)Urchin-likeZnO[41].f)3DZnOstructure[42].在載有空氣的爐中將Zn箔加熱至700℃，不需要任何額外的載氣[37]，通過控制加熱速率，可以得到不同形貌的ZnO，包括多孔膜、納米線（NWs）、納米棒（NRs）和納米針。楊培東課題組報道通過精確控制合成了由單晶ZnONWs的周期性陣列得到的高產量微梳狀結構[38]，如圖1-2b所示。有報道通過增加生長時間來影響梳子的尺寸甚至相關NWs的形狀[39]，如圖1-2c所示。還有文獻報道無催化劑，450-500℃下氧化法在Zn箔上垂直生長ZnONRs陣列[41]，圖1-3是它的實驗示意圖。用高度彎曲的Zn微球代替扁平的Zn箔，可以獲得復雜a)b)c)d)e)f)

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文-6-的類海膽狀ZnONRs超結構，如圖1-2e所示。圖1-3采用氣相法在Zn箔上生長ZnO納米棒陣列的示意圖[41].Fig.1-3SchematicdiagramoftheZnOnanorodarraysgrownonzincfoils[41].在采用VLS方法中，氧分壓和室壓是影響生長機制的重要參數，從而影響ZnO的最終結構[36]。其他條件相同，通過增加氧含量，可以合成ZnONWs、梳狀結構和納米片。并且催化劑種子層對NWs也具有重大影響，只要改變金層厚度，就可以控制NWs的生長。原子層沉積（ALD）可以把氣相前驅體通過反應器沉積在基底上反應形成沉積膜，也就是以單原子膜的方式一層層地鍍在基質表面。有研究報道了在自組裝的嵌段共聚物模板中通過ALD方法得到了全晶體具有20-40nm寬支柱的三維介孔ZnO支架[42]。ALD表面反應的自限制性導致三維表面的保形涂層。基底孔徑只有30nm，形成最小微晶也會導致孔堵塞，因此必須良好地控制模具的表面化學成分。在這個體系中，羥基基團密集覆蓋在孔隙表面。實現這些結構的關鍵是繞過材料沉積時ZnO的快速結晶。1.2.2.2液相法液相法的過程是通過各種途徑將均勻溶液中的溶質和溶劑分離，得到溶質是具有一定形貌和尺寸的顆�；蛘卟牧系那膀岓w，然后經過干燥或者熱分解后獲得納米顆粒。通常使用的液相法為溶膠-凝膠法、化學溶液法、沉淀法、溶劑熱和水熱法等。由于中間過程相對復雜，液相法的形成機制沒有氣相法完善。在液相法中，納米粒子（NPs）的形成是一個復雜的動力學和熱力學過程，而受動力學還是熱力學控制可以解釋成：產物的形成是因為通向它的途徑有最低的能量勢壘，還是因為它是最穩(wěn)定的狀態(tài)。無論材料的組成如何，NPs的典型生長過程都是相似的。化學反應產生自由原子或分子，并用于生長，這些自由原子或分子如何相互結?

【參考文獻】：
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本文編號：3445355