纳米材料的制备、功能化及其器件的性质研究

来源 :中国科学院化学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Okira_lacusO
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一维纳米材料(碳纳米管、纳米线、氧化物纳米带)作为研制纳电子器件理想的材料具有重要的科学意义和应用前景。本工作主要集中在氧化物纳米带、碳纳米管的功能化及其纳米器什性质研究。主要研究内容以及结论有以下六个方面:   1.采用氢气辅助CVD方法大量制备高纯度的半导体Ga2O3纳米带,纳米带的宽度可控。合成温度较通常方法低,无需昂贵的真空设备,繁琐的皋板预处坪、产物后处理。首次利用单根Ga2O3纳米带制作了Schottky二极管,并研究了其电子传输性能,伏安特性表现出明显的整流行为,开启电压为1.1 V,整流比为2.5×104(±2 V)。   2.开创性地提出一种利用超临界流体技术包覆修饰碳纳米管等一维纳米材料的方法。与文献中已报道的方法相比,不仅包覆效率大大提高,且包覆层均一、连续,操作方便,包覆厚度可控。产物容易分离和纯化,溶剂用量少。采用本方法,可以大量而有效地得到稀土氧化物包覆的碳纳米管,这为大量制备稀土氧化物纳米管,制作场发射器件、纳米尺度光电器件打下坚实的基础。开拓了一个广阔的思路,通过这种方法除了可有效包覆稀土氧化物以外,还可以在碳纳米管或各种纳米线外壁包覆其他过渡金属氧化物、硫化物、卤化物等,制备含纳米异质结的功能材料。   3.利用超临界流体技术包覆修饰一维氧化物纳米带,研究纳米带与包覆层之间能量传递现象。通过这种方法可以在各种一维纳米材料外壁包覆另一种纳米级厚度材料,制备含纳米异质结的功能材料。制备了Ga2O3—Eu2O3核壳共轴纳米带,发现在室温下核、壳层之间存在奇特的能量传递现象。经HRTEM,EDX,XPS等表征确认结构。这种核壳共轴异质结构具有广泛的用途,为制作纳米尺度光电器件打下了坚实的基础。   4.利用超临界流体技术大量制备串珠状多壁碳纳米管—半导体纳米球异质结构。方法简便,纳米球直径可控,产物容易分离和纯化。经SEM,TEM,EDX。XRD,XPS等表征确认结构。半导体纳米球直径均一,沿碳纳米管轴向分布,形状如串珠。并利用单根这种异质结构制作了Schottky二极管,并研究了其电子传输性能,伏安特性表现出明显的整流行为,开启电压为0.5 V,整流比为70(±2.5 V)。这种串珠状多壁碳纳米管—半导体纳米球异质结构,可用于制作高集成度纳米助能器件。   5.采用超临界流体技术,简单、高效地将氧化铝不连续地包覆在碳纳米管表面,而获得大量自带绝缘层碳纳米管,制备室温场效应晶体管纳米器件。与文献已有的方法相比,包覆效率高,包覆层均一,操作方便可控,产物容易分离和纯化,溶剂用量少。利用聚焦离子束(FIB)直接观察选择合适的带绝缘层的碳纳米管,并在裸露的碳纳米管两端原位沉积Pt电极作为源、漏电极,在包覆有氧化铝绝缘层的区域沉积Pt电极作为栅电极。在室温下这种材料具有明显的场效应现象,调控器件所需的栅极电压较通常结构的场效应晶体管低,且在一块电路版上的每个器件能分别通过_专’有的栅电极操控。   6.采用酸雾法选择性地除去作为杂质被包含在单壁碳纳米管中的无定形碳、金属微粒等,对单壁碳纳米管进行无损伤害地提纯。该方法能够将包含在单擘碳纳米管中的尢定形碳和金属微粒通过一次处理而除去,提纯效率高。
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