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热蒸发法制备金属碲纳米线

稀有金属材料与工程 2021年第10期50卷 3809-3813页

作者：谢天张惠敏李建辉王丽婷杨春军河北科技大学材料科学与工程学院河北石家庄050000 河北省材料近净成形技术重点试验室河北石家庄050000

于真空管式炉内,以Bi_(2)Te_(3)为蒸发源,在蒸发温度560℃,保温时间2 h的条件下,采用热蒸发法在涂有Au溶胶的石英基片上制备出了大量的碲纳米线。通过XRD、SEM、HRTEM等表征方法对碲纳米线的组织和微观形貌进行了表征与分析。结果表明:... 详细信息

于真空管式炉内,以Bi_(2)Te_(3)为蒸发源,在蒸发温度560℃,保温时间2 h的条件下,采用热蒸发法在涂有Au溶胶的石英基片上制备出了大量的碲纳米线。通过XRD、SEM、HRTEM等表征方法对碲纳米线的组织和微观形貌进行了表征与分析。结果表明:制备出的碲纳米线为沿(101)方向取向生长的三方单晶碲纳米线,直径在40~100 nm之间,生长机制符合气体-液体-固体(VLS)生长机制;蒸发源材料和Au溶胶是热蒸发法制备碲纳米线的关键因素。

关键词：热蒸发法碲纳米线 Bi_(2)Te_(3) Au溶胶生长机制

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搅拌辅助下碲纳米线界面的有序组装

高等学校化学学报 2014年第4期35卷 702-706页

作者：周军倪俊鹏焦永华刘霞薛胜男付昱李菲吴立新吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室长春130012 东北大学理学院生命科学与健康学院沈阳110819

采用水热法合成高长径比的碲纳米线,用搅拌辅助界面组装将其取向排列在石英表面,同时考察了基片内外侧、溶剂、搅拌转数和溶液浓度等条件对组装形貌的影响;以取向排列的碲纳米线为模板,利用化学转化法原位制备了Pt,Pd和Ag2Te的纳米线二... 详细信息

采用水热法合成高长径比的碲纳米线,用搅拌辅助界面组装将其取向排列在石英表面,同时考察了基片内外侧、溶剂、搅拌转数和溶液浓度等条件对组装形貌的影响;以取向排列的碲纳米线为模板,利用化学转化法原位制备了Pt,Pd和Ag2Te的纳米线二维阵列,为有序界面组装提供了新方法.

关键词：界面组装取向排列搅拌碲纳米线

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碲纳米线的电输运性能研究

碲纳米线的电输运性能研究

作者：蔡娜湖南师范大学

学位级别：硕士

碲,是一种重要的半导体材料,其禁带宽度为0.34 ev。碲的化合物纳米材料是非常重要的半导体光电材料,具有很优异的物理和化学性质,在半导体纳米器件和生物医学领域有广阔的应用前景。本文选取碲纳米线为研究对象,研究碲纳米线的电输运性... 详细信息

碲,是一种重要的半导体材料,其禁带宽度为0.34 ev。碲的化合物纳米材料是非常重要的半导体光电材料,具有很优异的物理和化学性质,在半导体纳米器件和生物医学领域有广阔的应用前景。本文选取碲纳米线为研究对象,研究碲纳米线的电输运性能和光电特性。本文的主要研究工作如下:1.本文采用水热法合成了具有分散性良好、纯度高、结晶性好的单根Te纳米线,直径约为80 nm-200 nm。利用XRD和SEM分析手段对合成的碲纳米线进行表征,结果表明XRD图显示的最强峰[101]是碲纳米线的生长方向。2.采用深紫外曝光接触式光刻技术和金属剥离技术,构筑了基于单根Te纳米线的“金属/Te纳米线/金属”型半导体纳米器件。3.在室温下,测试了Te纳米线半导体器件分别在空气和真空中的电输运性能,结果表明金属电极和碲纳米线具有良好的欧姆接触。通过分析Te纳米器件的场效应特性曲线,发现漏电流Ids随着栅压Vgs的下降而减小,表明Te纳米器件是一个典型的P型半导体。实验还发现,空穴载流子的迁移率达到了750 cm2v-1s-1。随着相对湿度的增加,吸附在碲纳米线的表面的水分子数目增加,因此碲纳米线表面被水吸附的电子数也会相应增加,引起纳米线的表面电势降低,吸引更多的空穴到表面层。此种现象也会导致碲纳米线本身的电导增加。4.在不同波长的光照射下,发现Te纳米线具有负光电导现象。光生电子会吸附在纳米线的表面,并与其内部的空穴载流子复合,导致碲纳米线内部的空穴载流子浓度降低,故碲纳米线内部的空穴浓度是影响碲纳米线电导的未来希望通过测试碲纳米线在真空中的时间响应图,进一步验证上述碲纳米线的负光电导产生的机理。通过进一步研究可控制备碲纳米线的方法,为以后制备CdTe、Ag2Te、Bi2Te3等功能材料提供一个理想的模板。

关键词：碲纳米线场效应晶体管电输运性能负光电导转移特性曲线

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碲纳米线的有序组装及其化学转化

碲纳米线的有序组装及其化学转化

作者：张晶东北大学

学位级别：硕士

碲纳米线具有良好的光电导、热电、压电和非线性光学等特性,在气体传感、光电器件和光子晶体等领域都得到了广泛的应用。同时,碲纳米线也是合成众多材料的理想模板,使用其为模板可以制备出Pd、Pt、Ag2Te和CdTe等功能纳米线。由于碲纳米... 详细信息

碲纳米线具有良好的光电导、热电、压电和非线性光学等特性,在气体传感、光电器件和光子晶体等领域都得到了广泛的应用。同时,碲纳米线也是合成众多材料的理想模板,使用其为模板可以制备出Pd、Pt、Ag2Te和CdTe等功能纳米线。由于碲纳米线为各向异性的一维材料,因此将碲纳米线取向排列是将其应用于器件,充分发挥其潜力的先决条件。本论文利用搅拌作用将碲纳米线在液固界面进行取向排列,制备了二维碲纳米线阵列,并在此基础上利用化学转化制备了Pt, Pd和Ag2Te的二维阵列。本论文首先利用水热法合成了高长径比的碲纳米线,并通过SEM对制得的碲纳米线的形貌进行了表征。随后本论文引入搅拌产生的剪切力作为驱动力将制得的碲纳米线分别在水、乙二醇和丙三醇中进行组装,同样通过SEM对组装的碲纳米线二维结构的形貌进行表征,证明了在搅拌的辅助作用下,选择乙二醇作为溶剂时能够成功地制备出具有高度取向的碲纳米线二维阵列。随后详细地考察了在乙二醇组装体系中搅拌转数、溶液的浓度、组装时间及搅拌方式等实验条件对组装过程的影响,进而对组装的实验条件进行了优化,并结合实验结果,初步探讨了纳米线取向排列的原因。在此基础上,利用组装后的有序碲纳米线为模板直接原位化学转化成有序的Pt、Pd和Ag2Te纳米线阵列,使得制备Pt、Pd和Ag2Te纳米线的有序结构成为可能。此外,以PEI或PSS/PDDA层为间隔层,利用层层组装的方式制备出了多层碲纳米线二维材料。本论文的研究为碲纳米线及相关纳米线的有序组装提供了新的方法,在电子器件和传感器等方面都有一定的应用前景。

关键词：碲纳米线界面组装有序排列

以两相界面Te纳米线为牺牲模板构筑AuTe和AuTeM（M=Pd和Pt）纳米结构及其电催化特性

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以两相界面Te纳米线为牺牲模板构筑AuTe和AuTeM（M=Pd和Pt）纳米...

作者：夏雨欣湖南大学

学位级别：硕士

醇燃料电池传统的阳极催化剂是金属铂,然而由于其资源短缺且易于受到类CO中间产物毒化失效的缺点,发展其他高性能多元醇燃料电池催化剂已经成为了迫切需要攻克的关键难题。目前,开发铂基和钯基多金属复合催化剂可能是解决纯铂催化剂缺... 详细信息

醇燃料电池传统的阳极催化剂是金属铂,然而由于其资源短缺且易于受到类CO中间产物毒化失效的缺点,发展其他高性能多元醇燃料电池催化剂已经成为了迫切需要攻克的关键难题。目前,开发铂基和钯基多金属复合催化剂可能是解决纯铂催化剂缺点的唯一途径,并且已经被广泛地研究。多金属铂基催化剂的合成主流的方法是溶液合成法,如共还原法、牺牲模板金属置换法。溶液合成法的优点在于能够批量合成,缺点是合成方法是经验性的,缺乏可控性,尤其是在控制多金属催化剂中的金属比例时,需要多次的反复实验优化实验条件。我们研究组在2019年发展了一种液/气界面牺牲模板法制备多金属催化剂的方法。由于界面上的牺牲模板的两侧分别处于不同的相(气相和水相),可以选择性地控制模板的牺牲方向和反应速率,能够制备出形貌独特、组成可控多金属纳米结构材料,为研究组成、形貌和催化剂的性能关联提供了新策略。为了研究界面相特性对牺牲模板转化为多金属纳米结构的影响,本论文将用低于水的密度的油相取代气相,以Te纳米线(TeNWs)为界面牺牲模板,研究水相中的AuCl4-刻蚀剂对TeNWs的刻蚀行为,获取AuTe纳米结构,并在此基础上,构筑AuPdTe、AuPtTe多元金属纳米结构,研究其对乙醇的电催化氧化性能,以助力乙醇燃料电池的商业化发展。具体工作如下:(1)界面AuTe纳米槽的合成及机理研究。合成平均直径约为80 nm的TeNWs,采用自组装方法将TeNWs组装到水/正己烷界面,形成TeNWs单层膜,然后,在水相中加入AuCl4-,与界面TeNWs发生定向置换反应,获得了形貌独特的Au98Te2纳米槽。通过研究不同反应阶段的产物,进一步证实了我们先前提出的“水化层辅助两相界面动力学刻蚀机理”,Au98Te2纳米槽的形成主要归因于界面TeNWs处于水相和油相两侧的反应环境的差异。(2)基于Au98Te2纳米槽的AuPdTe纳米结构的制备及对乙醇的电催化氧化。在水/正己烷界面上形成Au98Te2纳米槽后,去除正己烷相,在水相中加入PdC142-,持续与AuTe纳米槽进行反应。通过控制加入的PdC142-量,获得了Au94.3Pd5Te0.7和无Te的Au93Pd7纳米槽。乙醇电催化研究表明,Au94.3Pd5Te0.7比Au93Pd7表现出更好的电催化活性,其质量活性约为商业Pd/C的10倍,且在连续氧化4000 s后,Au94.3Pd5Te0.7比Pd/C的催化电流密度高20多倍。这可能归因于Au94.3Pd5Te0.7的形貌更有利于促进催化性能。(3)界面TeNWs直径对刻蚀产物AuTe纳米结构的影响,基于AuTe的AuPtTe纳米结构的制备及其乙醇的电催化氧化。以直径～40 nm的TeNWs为界面牺牲模板,水相中的AuCl4-仍然能够将TeNWs刻蚀为Au96Te4纳米槽,但是,与～80 nm的TeNWs相比,由于TeNWs的小直径,每一条TeNW形成的Au96Te4纳米槽并不是完整的,而是一段一段的,形成类似项链状的结构。为了进一步改善催化剂的电催化性能,以水相中的PtC162-对水/气界面上项链状Au 96Te4纳米槽进一步刻蚀。通过控制加入的PtC162-量,获得了Au94Pt5Te1和 Au96Pt2Te2纳米结构。电催化研究表明,无论是乙醇电氧化还是乙二醇的电氧化,Au94Pt5Te1均比Au96Pt2Te2表现出更好的电催化活性。Au94Pt5Te1对乙醇和乙二醇电催化质量活性分别为商业Pt/C～58和16倍,且在连续氧化4000 s后,Au94.3Pd5Te0.7比Pt/C有更小的活性损失,具有比较满意的催化稳定性。本论文研究表明界面牺牲模板法是一种可行的多元金属纳米结构的制备方法,所得产物能够用作电催化剂或其他功能材料,为制备新材料提供了方法指导和实验依据。

关键词：碲纳米线界面自组装牺牲模板法贵金属纳米结构多元醇电氧化

低维Te纳米线与WSe2薄膜制备及器件特性

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低维Te纳米线与WSe2薄膜制备及器件特性

作者：冼国裕湖南大学

学位级别：硕士

近20年来,低维纳米结构材料,如纳米线、纳米管、纳米棒、纳米片等,由于其低维化诱导区别于体相的独特物理和化学性质而受到广泛的关注。对于低维纳米结构材料的可控合成并调控其器件特性是材料研究领域中的一个挑战。因此,研究低维纳米... 详细信息

近20年来,低维纳米结构材料,如纳米线、纳米管、纳米棒、纳米片等,由于其低维化诱导区别于体相的独特物理和化学性质而受到广泛的关注。对于低维纳米结构材料的可控合成并调控其器件特性是材料研究领域中的一个挑战。因此,研究低维纳米结构材料的可控合成及其性能调控具有十分重要的科学意义。本论文以单晶碲(Te)纳米线和二硒化钨(WSe)纳米片薄膜为研究对象,利用物理气相沉积方法,在三温区管式炉中可控合成一维Te纳米线;利用超临界剥离和液相剥离制备WSe纳米片,再利用限域自组装法制备WSe薄膜。进一步利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、拉曼(Raman)光谱仪对制备的材料进行了形貌、结构和成分表征。最后,通过电子束曝光等微纳加工手段将所获得的样品制备成电子器件,利用微操作低温探针台结合综合物性测量系统(PPMS)对Te纳米线进行电学输运性能的研究,利用微操作低温探针台对WSe进行场效应(FET)晶体管和光电响应的研究。首先在三温区管式炉中利用物理气相沉积方法分别尝试SiO/Si片、高定向热解石墨、铜箔、氟晶云母片等不同生长基底对碲单晶合成的影响,优化制备条件在氟晶云母片上可控合成了一维碲单晶纳米线。利用聚二甲基硅氧烷对一维碲纳米线进行转移并通过AFM,SEM,TEM,STEM和Raman进行形貌、结构和成分的表征。表征结果显示我们获得尺寸均匀、结晶质量高的一维碲纳米线。将制备得到的一维碲纳米线转移到Si O/Si片上进行微纳电子器件加工,分别利用Cr/Au、Ni/Au、Pd/Au金属作为电极制备成场效应晶体管,系统研究不同金属-半导体接触下材料的界面特性,研究发现采用Pd/Au作为接触金属时器件性能最佳,室温场效应晶体管迁移率为220cmVS,开关比达4000。再进一步,利用PPMS在低温强磁场的条件下对一维碲纳米线进行电学输运性能测试,观测到磁阻效应以及量子振荡现象。第二,将超临界预处理和液相剥离法合成的WSe纳米片利用限域组装成薄膜,对其形貌、结构和成分进行了表征,获得了晶体结构和物理性质保持完整的大面积WSe薄膜。并采用微纳电子器件加工工艺制备了基于WSe薄膜的叉指电极FET器件,进行场效应晶体管特性和光电响应的测试,表现出良好的欧姆接触以及较好的光响应度(6.4μA/W)和光探测值(3.2×10Jone)。

关键词：碲纳米线 WSe2纳米片薄膜电学输运场效应晶体管光电响应

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碲纳米结构电子性质的第一性原理研究

材料导报 2014年第20期28卷 146-149页

作者：谭艳枚杨小宝华南理工大学理学院广州510640

采用密度泛函理论计算了碲纳米线和碲纳米带的电荷分布,并且研究了碲纳米带上的氢原子(H)、氟原子(F)和水分子(H2O)吸附。研究发现,六边形纳米线的价带顶(Valence band maximum)和导带底(Conduction band minimum)分布具有三重轴对称性... 详细信息

采用密度泛函理论计算了碲纳米线和碲纳米带的电荷分布,并且研究了碲纳米带上的氢原子(H)、氟原子(F)和水分子(H2O)吸附。研究发现,六边形纳米线的价带顶(Valence band maximum)和导带底(Conduction band minimum)分布具有三重轴对称性,而碲纳米带的VBM和CBM对应的电荷分布和自身的结构对称性相符。由于碲纳米带结构自身的非对称性,导致内部电荷发生转移,使VBM和CBM分别分布在纳米带的两端。碲纳米带上吸附H和F原子时,碲纳米带呈现p型特性;吸附H2O分子时,碲纳米带与H2O分子呈弱相互作用,不改变碲纳米带的电子性质。

关键词：碲纳米线碲纳米带电荷分离原子和分子吸附

碲与过渡金属硫属化和物混维异质结的可控制备及其饱和吸收特性研究

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碲与过渡金属硫属化和物混维异质结的可控制备及其饱和吸收特性研...

作者：肖金彪湘潭大学

学位级别：硕士

2004年研究人员利用机械微剥离法首次成功制备出石墨烯，从而颠覆了物理学界认为二维原子晶体不能稳定存在的传统思维定势。石墨烯展现出载流子传输速率快、透光性强、热导率高等诸多优点，开启了其它二维材料与异质结的研究热潮。其中... 详细信息

2004年研究人员利用机械微剥离法首次成功制备出石墨烯，从而颠覆了物理学界认为二维原子晶体不能稳定存在的传统思维定势。石墨烯展现出载流子传输速率快、透光性强、热导率高等诸多优点，开启了其它二维材料与异质结的研究热潮。其中，窄带隙的p型半导体纳米材料碲(Te)因具有优异的载流子输运特性、各向异性、宽光谱范围内的强光-物质相互作用以及良好的稳定性而受到科研人员的广泛关注。在非线性光学领域，Te的饱和吸收特性以及可被强脉冲能量漂白的能力还有提升的空间。二维过渡金属硫属化合物(TMDC)表现出宽带饱和吸收效应和强光致发光特性，构筑Te-TMDC范德华异质结并开展非线性光学特性研究对可饱和吸收体、光调制器等的发展具有重要的指导意义。然而,一维/二维(1D/2D)Te-TMDC范德华异质结构的可控外延生长仍然具有极大的挑战。本论文的主要研究内容如下:　　(1)采用物理气相沉积法制备Te纳米线，系统探索了压强、温度、基底以及限域空间对Te纳米线的影响规律。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱等表征手段对样品的微纳结构进行了系统探究。利用偏振拉曼光谱深入研究了Te纳米线的光学各向异性并进行了系统的理论分析。我们进一步通过开孔Z扫描技术系统探索了Te纳米线的饱和吸收特性。　　(2)通过两步法成功实现了大面积Te-TMDC(MoS2、MoSe2、WS2、WSe2)范德华混维异质结的可控制备。首先通过常压化学气相沉积法制备出大面积单层TMDC纳米片，进一步利用低压气相生长技术在单层二维TMDC纳米片表面外延生长一维Te纳米线，实现了大面积高质量Te-TMDC混维异质结的可控制备。　　(3)利用开孔Z扫描技术系统探索了Te-TMDC混维异质结的饱和吸收特性，研究表明混维异质结的饱和吸收特性相比于Te纳米线具有显著的提升。我们进一步结合第一性原理计算获得了Te-MoS2异质结的能带与差分电荷密度分布，研究表明Te与MoS2之间的有效电荷转移是异质结非线性饱和吸收特性增强的关键。

关键词：半导体材料异质结碲纳米线过渡金属硫属化合物气相沉积饱和吸收特性

碲化物纳米材料：水热制备及其薄膜的热电性能

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碲化物纳米材料：水热制备及其薄膜的热电性能

作者：王文芳江西科技师范大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展,能量需求的加剧,环境污染和能源短缺等问题日益严重。热电材料可以实现热能与电能的直接互相转换,是绿色能源技术的代表,可有效收集废热,从而达到节约能源的目的,在制冷与发电方面具有广泛的应用。无机热电材料由于... 详细信息

随着社会经济的发展,能量需求的加剧,环境污染和能源短缺等问题日益严重。热电材料可以实现热能与电能的直接互相转换,是绿色能源技术的代表,可有效收集废热,从而达到节约能源的目的,在制冷与发电方面具有广泛的应用。无机热电材料由于较高的热电性能得到了广泛的研究和应用。碲基纳米材料因为具有较高的量子限域效应、大的比表面积、强的声子散射和能级间矩的提升可以实现较高的Seebeck系数和较低的热导率,在热电材料的研究中具有很好的应用潜能。但是其低的电导率限制了其在热电领域的应用。通过金属原子的掺杂可以很好地实现热电性能的提升。而聚偏氟乙稀(PVDF)作为柔性基底对于提升无机物的柔性具有显著的作用,被广泛的应用于高性能柔性无机化合物薄膜的制备。本文在制备了碲及碲基纳米复合材料的基础上,系统地研究了不同条件对其热电性能的影响及在热电转化器件中的潜能。1.用水热法简便的合成了超细碲纳米线(直径为105 nm),通过抽滤得到了自支撑薄膜,进一步与PVDF复合得到了柔性薄膜。结果表明:制备的碲纳米线在室温下显示出比以前报道的碲纳米线高的Seebeck系数和热导率,分别为551?V K和0.16 W m K。低的热导率使碲纳米线拥有高的ZT。通过与PVDF结合,Seebeck系数较之前有所减小,为469.5?V K,这仍旧比一些报道的要高。合成的碲纳米线为接下来碲化物的制备提供了模板,柔性复合薄膜为进一步柔性器件的制备和形成提供了可能。2.通过简单的电偶交换反应(GER),在室温下以碲纳米线为模板,合成了n型碲银纳米线,在反应时间和硝酸银浓度的优化后,得到的Seebeck系数为-93.98?V K。进一步直接与PVDF薄膜压片得到了柔性n型碲化银薄膜。通过水热法我们得到了p型碲银纳米线,得到了0.63?W m K的功率因子。无论n型还是p型复合薄膜相较于纯的碲纳米线热电性能实现了数量级的提升。n型与p型碲银薄膜组装成p、n型热电器件,在75 K时得到65 mV的输出电压。电偶交换反应为其它无机物柔性复合薄膜制备提供了潜在的可能。3、利用简单的水热法合成了碲铌纳米材料,通过对不同反应物的比例调节,在比例为1时,得到最大功率因子43.50?W·m·K。通过对其放置时间的探究,我们发现,碲化铌具有稳定的热电性能,这对于我们进一步对于其热电性能的研究提供了基础。

关键词：碲纳米线无机材料电偶交换反应水热法