基本信息
- 项目名称：
- 多层ZnTe纳米线阵列的合成、表征和强激子发射
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文从研究纳米材料生长方式以及形貌的控制上入手，研究出了一种具有多层，超结构的ZnTe纳米半导体材料的合成方法。并运用X-射线衍射仪器，扫描电镜，透射电镜，荧光分光光度计等多种手段对其进行表征。考察了不同反应条件下ZnTe纳米晶体的形貌、结构及性质，产物的图谱表明该材料具有优良的光学性能；最后，探讨了这种明显不同于传统“V-L-S”生长机制的纳米材料可能的生长方式。
- 详细介绍：
- 一维纳米半导体材料由于其独特的小体积效应、量子尺寸效应而广受人们的关注。在合成上来说，控制生长和组装二维甚至是三维具有超结构的纳米材料是材料科学研究领域倍受关注的热点问题。 在日常研究中，人们一直倾向于使用“汽-液-固”（V-L-S）机制来阐述一维纳米材料生长机理。在这种传统的V-L-S机制下，纳米尺度上的金属液滴吸收气态的反应物从而起到催化的作用，并由它最终决定了纳米材料线（管）的生长方向，限制了材料的直径。通常来说，一份催化剂只能催化一次化学反应。在这种机制下，一个催化剂颗粒上只能形成一根纳米线（管）。从而催化剂的用量会控制纳米线的产率。近来，有文章报道，一微米的Ga液滴可以自发地催化SiOx纳米管的形成，并在不同的条件下产生相应的纳米管。但是我们发现除了Ga外，其他金属还未被报道用类似自催化机制的方式来合成纳米线（管）。所以，在这篇文章中，我们尝试用金属Zn和Te合成纳米线，在反应过程中Zn既是反应物，又充当了催化剂。最后成功地得到了具有多层，超结构的ZnTe纳米线阵列。通过实验证明这种材料的生长方式明显不同于传统的“V-L-S”生长方式，同时也不同于Ga液滴自发催化SiOx纳米管形成的生长方式。这是一种全新的生长方式。文章中我们尝试对这种生长机理作了可能的解释。这种有趣的连续的生长方式可能可以为其他纳米线（管）生成机理的理解开拓思路。同时对于这种全新的纳米材料生长方式的进一步研究可以为今后一维纳米材料在生产中实现器件化提供可能。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 纳米半导体材料广受人们的关注。控制生长和组装具有超结构的纳米材料是材料科学研究领域倍受关注的热点问题。因此，本作品研究了具有超结构的ZnTe半导体纳米材料的新型合成方法；运用多种手段对其进行表征，考察了不同反应条件下ZnTe纳米晶体的形貌、结构及性质。实验表明该材料具有优良的光学性能；最后，探讨了这种明显不同于传统“V-L-S”生长机制的纳米材料可能的生长方式。
科学性、先进性及独特之处
- 在传统的“汽-液-固”机制中，催化剂的用量会控制纳米线的产率。而在这篇文章中，我们尝试用金属Zn和Te合成纳米线。最后成功地得到了具有多层，超结构的ZnTe纳米线阵列。通过实验证明这种材料的生长方式是一种全新的生长方式。这种有趣的生长方式可能为其他纳米线（管）生成机理的理解开拓思路。同时也为今后一维纳米材料在生产中实现器件化提供了可能。
应用价值和现实意义
- 实验中，该材料的多核生长机制明显不同于传统“V-L-S”生长机制。我们尝试提出其可能的生长机制。这一发现可以丰富我们对纳米线生长机制的理解，为今后完整解释一维纳米材料的生长方式提供可能。 产物的图谱证明产物表面光滑，尺度均一，结晶良好，并显示出强FE发射峰和弱Ia吸收线。这些都充分说明了这种材料优越的性能。这些都使其成为纳米技术领域一种非常有前景的材料，为今后实现器件化奠定了基础。
学术论文摘要
- 这篇文章用一种新的生长方式合成出多层、超结构、单线状的ZnTe半导体纳米线。纳米线有序排列，最终聚合生成纳米阵列。整个生长过程中，这新颖、奇特的生长方式生成了多层的超结构纳米线。这种有趣的生长方式明显不同于传统的“V-L-S”生长方式，而是一种新型的多核生长方式。这种生长方式可能可以为其他纳米线（管）生成机理的理解开拓思路。并且，以这种方式合成的ZnTe纳米材料具有优越的光学性能，为今后进一步实现器件化奠定了基础。
获奖情况
- 1.该论文于2008年12月发表于美国化学会刊物J. Physical Chemistry C 上 2.2008年12月在某校组织的“挑战杯”校内选拔赛中获自然科学类学术论文组特等奖 3.2009年6月在某省“挑战杯”中获自然科学类学术论文组特等奖
鉴定结果
- 该文章中给出的试验数据、图表等均真实可靠。
参考文献
- (1) Hu, J.; Odom, T. W.; Lieber, C. M. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 435. (2) Cui, Y.; Lieber, C. M. Science 2001, 291, 851. (3) Rueckes, T.; Kim, K.; Joselerich, E.; Tseng, G. Y.; Cheung, C.; Lieber, C. M. Science 2000, 289, 94. (4) Fuhrer, M. S.; Nygard, J.; Shih, L.; Forero, M.; Yoon, Y.; Mazzoni, M. S. C.; Choi, H. J.; Ihm, J.; Louie, S.; Zettl, A.; McEuen, P. L. Science 2000, 288, 494. (5) Noda, S.; Tomoda, K.; Yamamoto, N.; Chutinan, A. Science 2002, 289, 604.
同类课题研究水平概述
- 一维、线状的纳米材料从电学器件到分子感应的光电材料都具有广泛应用。由于一维纳米半导体材料具有独特的小体积效应和量子尺寸效应，其生成机制和性质应用一直都被人们所关注。纳米线的形貌、尺度和生长方式都将决定其最终的性能和用途。近年来，人们一直尝试用各种不同的方式来合成纳米材料，如液相法、固相法、均相沉淀法、喷雾热解法等等。其中，汽-液-固（“V-L-S”）机制被广泛地用来解释一维纳米材料的生长方式。然而在这种情况下，一份催化剂只能催化一次化学反应。在使用“V-L-S”方法时，一个催化剂颗粒上只能形成一根纳米线（管）。从而催化剂的用量控制了纳米线的产率。而纳米线的形貌、尺度和生长方式都将决定其最终的性能和用途。所以这种传统的“V-L-S”机制不能很好地满足人们在合成纳米材料上的需要。 同时，由于单一纳米线在实际生产中实现器件化有一定难度，因此，将一维纳米线组装成二维、三维纳米线超结构不仅在制备科学上具有重要的意义，而且如果其组装顺利，也能进一步推进一维纳米材料的器件化的实现。 近来，一些文章报道，一微米的Ga液滴可以自发地催化氧化硅纳米管的形成，并在不同的条件下产生多种结构的氧化硅纳米管。但是除了Ga外，其他金属还未被报道用类似的催化机制来合成纳米线（管）。所以在这篇文章中，我们尝试用金属Zn和Te合成纳米线。其中Zn既是反应物，又是催化剂，反应方式便捷、简单。通过多种手段对产物进行表征，证明了通过这种方式我们成功地得到了性能良好的多层ZnTe纳米线阵列。
