SnO<,2>纳米棒的制备及其性能研究

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低维纳米材料在帮助理解基本物理概念以及在构造纳米器件等方面目益呈现出重要性。在过去几年中,这一领域取得了很大的进展,由于其结构的特殊性以及在纳米尺度下的一系列特殊的效应(如小尺寸效应等),而呈现出许多不同于传统材料的独特性能。纳米材料的各种特殊性能对其形貌、尺寸、维度具有强烈依赖性。一维纳米材料,由于其优越的电学、光学和机械性能,尤其吸引了众多科学工作者的兴趣和目光。作为理想的结构体系,一维纳米材料被广泛用于研究电子传输、光学和机械性能对尺寸大小和维度的依赖关系,并期望在纳米器件制备方面发挥重要作用。在这些一维纳米材料中,功能氧化物纳米材料,由于其可调的电学、光学、磁性和化学性质等,尤显得引人注目。被这些纳米材料潜在的广泛用途所驱动,许多制备路线被人们积极的发展来制备一维纳米功能氧化物材料。作为一种很方便的制备手段,水热法由于其温和的合成条件、简单的操作以及低污染等优点而获得广泛的应用。 SnO2是一种重要的N型宽带隙半导体,室温下带隙为3.6eV。由于在众多领域有着潜在应用前景,如光学波导、太阳能电池、晶体管和气敏传感器等方面,SnO2正吸引科学工作者的广泛注意。目前,已有多种合成路线来制备一维SnO2纳米棒,然而,许多合成方法还存在着缺陷和不足。在这些方法中,液相法虽然有明显的优点:但是,根据文献可知,用这种方法还没有成功制备出高产率、高质量单晶SnO2一维纳米棒,合成的样品由于有很高的缺陷浓度而导致很差的物理和化学性能。另一方面,在水热合成中,为了获得一维纳米结构,前驱体的浓度要足够低,但这又恰恰限制了这些材料的应用。因此,获得好的形貌和高产率、高质量的单晶SnO2一维纳米材料,仍然是材料科学领域面临的一个挑战。 我们通过改进的液相路线成功制备出高产率、高质量的单晶SnO2纳米棒。实验分别采用水和乙醇作为溶剂,SnCl4·5H2O和尿素作为反应试剂,盐酸作为矿化剂。结合XRD、FESEM、HRTEM、SAED以及PL等测试手段对产物的形貌和结构进行了表征和分析,发现其结构为金红石型,并且其光致发光谱中有两个发射带,而且发现反应介质和反应温度对样品的尺寸、形貌、分散性和结晶质量有显著的影响。据此,我们讨论了SnO2纳米棒的生长机制。另外,我们初步研究了样品的气敏特性,发现所制备的纳米棒呈现出很好的乙醇气敏特性,灵敏度利响应速度优于传统固相反应法制得的SnO2材料,而且灵敏度和乙醇气体浓度呈线性关系,这可能是由于纳米棒的小尺寸效应。我们的结果表明,由溶剂热技术合成的SnO2单晶纳米棒材料,是一种在气体传感器方面非常有应用前景的材料。
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