第一緒論

缺陷,一提到這個(gè)名詞,人們往往想到的都是負(fù)面的信息。人人生而有缺陷,我們也總會(huì)看到這樣那樣的不完美。然而,正因?yàn)槿毕莸拇嬖?這個(gè)世界才變得豐富多彩。同樣地,缺陷也是凝聚態(tài)物理學(xué)和材料科學(xué)中非常重要的研究對(duì)象。晶體材料的諸多特性,如光學(xué)特性、電學(xué)特性、磁學(xué)特性、力學(xué)特性、熱學(xué)特性等,都和缺陷結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通過(guò)控制材料中的缺陷,人們己經(jīng)制備出發(fā)光材料、半導(dǎo)體材料、巨磁阻材料、熱電材料等各種功能材料。珪半導(dǎo)體工業(yè)的成功便是其中最典型的例子,它己對(duì)人們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。當(dāng)材料和器件的尺寸小到納米尺度時(shí),缺陷的影響就變得更加忌著,甚至起到?jīng)Q定性的作用。因此,表征低維納米材料中的缺陷、研究缺陷對(duì)材料性質(zhì)的影響,是實(shí)現(xiàn)低維功能材料與器件的基礎(chǔ)。為此,本章我們首先簡(jiǎn)要介紹缺陷和低維納米材料的基礎(chǔ)知識(shí),隨后給出缺陷對(duì)低維納米材料影響的研究現(xiàn)狀,最后在此基礎(chǔ)上提出本論文的研究工作。

.......

第2章ALD包裹及退火對(duì)ZnO納米棒發(fā)光特性的影響

2.1硏究背景

為此,在本章中,我們首先用最常用的氣相沉積(vaporphasecondensation,VPC)方法制備了ZnO納米棒陣列,然后系統(tǒng)研究了其結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能隨Al2O3層包裹退火的影響。我們發(fā)現(xiàn), Al2O3包裏并沒有改變ZnO納米棒的發(fā)光特性;在大氣環(huán)境下500退火后,沒有Al2O3包裹的ZnO納米棒的PL強(qiáng)度下降,但ZnO/Al2O3復(fù)合結(jié)構(gòu)的NBE和DL發(fā)射得到顯著增強(qiáng)。更新奇的是,我們?cè)诮?jīng)退火的ZnO/AkO3納米棒上觀察到明顯的反常NTQ發(fā)光行為,而其它樣品只表現(xiàn)出正常的熱渾滅特性。通過(guò)多能級(jí)模型的擬合和估算,得到了NTQ過(guò)程對(duì)應(yīng)的熱活化能約為69meV,并指認(rèn)了這一雜質(zhì)能級(jí)來(lái)源于退火過(guò)程中ZnO和Al2O3的互擴(kuò)散在界面引入的A1施主缺陷。本章的研究工作能讓我們更好地理解退火引入的缺陷對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)的影響。

2.2實(shí)驗(yàn)部分

為了更清楚地了解包裹和退火對(duì)ZnO納米棒形貌及結(jié)構(gòu)的影響,我們進(jìn)行了離分辨透射電鏡的表征。圖2.5給出了單根ZnO納米棒、單根ZnO/Al2O3納米棒和單根退火ZnO/Al2O3納米棒和高分辨率表征結(jié)果。從TEM圖像中(圖2.5(a-c))我們可以很清晰地觀察到ZnO內(nèi)核和Al2O3殼層間完好的界面.同時(shí)可測(cè)量出Al2O3殼層的厚度為25nm,與圖2.3的SEM圖像及圖2.4中的估算結(jié)果一致。此外,從HRTEM國(guó)像中(圖2.5仲0),我們可以看到ZnO內(nèi)核為纖鋅礦結(jié)構(gòu).且沿C軸方向生長(zhǎng)C圖中用白色尖頭標(biāo)出);而Al2O3殼層為非晶結(jié)構(gòu),在ZnO表面均勻包裹。圖2.5(e-f)插圖給出了單根納米棒對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射花樣,它們只顯示出ZnO內(nèi)核礦結(jié)構(gòu)的衍射斑點(diǎn),與HRTEM結(jié)果一致。由此我們可以得出結(jié)論,無(wú)論ALD的包裹還是后續(xù)退火處理,都不會(huì)改變ZnO的形貌和結(jié)晶質(zhì)量。

第3章多壁M0S2納米管的手性、應(yīng)力和光學(xué)偏振行為....79

3.1研究背景....79
3.2實(shí)驗(yàn)部分....81
第4章層狀和螺旋狀化Bi2Se3納米片的電學(xué)特性研究....121
4.1研究背景....121
4.2實(shí)驗(yàn)部分....123
第5章展望..........147

第4章層狀和螺旋狀Bi2Se3納米片的電學(xué)特性研究

4.1研究背景

在材料中引入螺旋位錯(cuò)會(huì)思著改變材料自身的電子結(jié)構(gòu)和帶隙,會(huì)使材料產(chǎn)生應(yīng)變,從而改變其電學(xué)性質(zhì)、催化活性等。那么, 螺旋位錯(cuò)驅(qū)動(dòng)生長(zhǎng)出的螺旋狀扣2SC納米片和常規(guī)的層狀Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)相比,是否也存在昆著的電學(xué)性能差異?為此,我們與曾與研究組合作,制備了螺旋狀和層狀Bi2SC3納米片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET),比較了兩種納米片的電學(xué)特性,同時(shí)用導(dǎo)電原子力顯微術(shù)(CAFM)研究了兩種納米片的表面導(dǎo)電特性及其分布。我們發(fā)現(xiàn), 螺旋狀Bi2SC3納米片和層狀納米片具有優(yōu)良的導(dǎo)電特性,其電阻隨溫度降低均體現(xiàn)出類金屬的單調(diào)下降的趨勢(shì).且可以用修正的金屬電阻率隨溫度變化的理論很好地?cái)M合。相比層狀納米片,螺旋狀Bi2Se3納米片具有更高的載流子濃度、更低的遷移率和更離的表面活性,其中螺旋位錯(cuò)提供了一定的載流子。由于這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特性, 螺旋狀Bi2Se3納米片有望在催化、氣體傳感等領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用?

4.2實(shí)驗(yàn)部分

由于兩種納米片的尺寸和表面形貌差異顯著,我們可以利用光學(xué)顯微窺進(jìn)行辨別。圖4.7給出了兩種納米片的光學(xué)思微圖像,可看到,螺旋狀納米片的尺寸較小,顏色襯度體現(xiàn)為金黃色,反映出樣品表面不平整-對(duì)入射光有較強(qiáng)的散射;層狀納米片的尺寸相對(duì)較大,表面顏色均勻,接近襯底的藍(lán)紫色(干涉效果),反映樣品且表面光滑。這樣,我們便可以方便快捷地通過(guò)光學(xué)顯微鏡選擇需要的樣品,進(jìn)行后續(xù)的表征。對(duì)于我們所用的液相多元醇法制備的BisSes納米片,由于是缺Se的環(huán)境下生長(zhǎng),生長(zhǎng)過(guò)程中很容易引入Se空位缺陷,從而導(dǎo)致樣品髙的體態(tài)載流子濃度。相比而言,螺旋狀納米片在生長(zhǎng)過(guò)程中,前驅(qū)物的過(guò)飽和度更低,由此推測(cè),螺旋狀樣品會(huì)形成更大的Se空位滲雜,電導(dǎo)會(huì)更大。這與上面觀察到的結(jié)果一致。雖然從初步的結(jié)果判斷,無(wú)論是螺旋狀納米片還是層狀納米片,體態(tài)的貢獻(xiàn)都占主導(dǎo),但我們更感興趣的是,是否存在表面態(tài)導(dǎo)電的貢獻(xiàn)。為此,我們建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型對(duì)上述的電學(xué)表征結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

...

第5章展望

對(duì)于二維層狀材料,目前不管是科研人員還是相關(guān)企業(yè),都對(duì)其表現(xiàn)出極大的關(guān)注。其中最受熱捧的便是石墨烯, 石墨烯產(chǎn)業(yè)也正日益蓬勃地發(fā)展起來(lái)。然而,我們需要清醒地認(rèn)識(shí)到,盡管現(xiàn)在己經(jīng)可以用氧化還原法實(shí)現(xiàn)石墨烯的量產(chǎn),但其物性相比真正的石墨烯相差太,很難在超級(jí)電容器、觸摸屏、傳感器等領(lǐng)域得到有競(jìng)爭(zhēng)力的應(yīng)用。因此必須發(fā)展新的大規(guī)模制備石墨烯的工藝,如CVD法、化學(xué)剝離法等等。這些大規(guī)模制備工藝生產(chǎn)出的石墨規(guī)不可進(jìn)免地會(huì)具有各種缺陷,這又要我們深入研究不同缺陷對(duì)石墨烯物性的影響,進(jìn)而給出適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。事實(shí)上,由于二維層狀材料涵括了從絕緣體到半導(dǎo)體到金屑很大的一個(gè)家族。其中的很多研究才剛剛起步,如螺旋位錯(cuò)對(duì)層狀材料光電特性的調(diào)控;有些研究有待突破,如維層狀材料的CVD可控生長(zhǎng);還有很多問(wèn)題有待人們發(fā)現(xiàn)和探索。因此.下一步我們計(jì)劃在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上,更深入地研究結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)納米材料光電特性的彩響。

......

參考文獻(xiàn)（略）

，

本文編號(hào)：133335