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金属氧化物纳米线的制备与性能

金属氧化物纳米线的制备与性能

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作者：杜军军河北科技大学

学位级别：硕士

本论文使用简单易行的热蒸发法、利用自行组装的实验装置,较系统地研究了金属氧化物Ino、Sno、bio纳米线及掺锡氧化铟纳米线的制备过程,研究了加热温度与加热时间对制备纳米线的影响规律;利用扫描电子显微镜,X射线衍射仪,透射电子显微... 详细信息

本论文使用简单易行的热蒸发法、利用自行组装的实验装置,较系统地研究了金属氧化物Ino、Sno、bio纳米线及掺锡氧化铟纳米线的制备过程,研究了加热温度与加热时间对制备纳米线的影响规律;利用扫描电子显微镜,X射线衍射仪,透射电子显微、能谱仪对所制备的纳米线进行了形貌、物相、结构及成分测试分析;在此基础上对纳米线的生长机制进行了讨论,并对纳米线制作的气敏元件进行了气敏性能的测试。获得了如下结果:(1)温度是金属氧化物纳米线成功制备的关键因素,其直接影响石英管腔内蒸发源材料的蒸发速率与蒸气压;加热时间影响着纳米线生长的长度与数量,对纳米线直径无显著影响,随加热时间的增加,纳米线长度与数量增加;在本实验条件下,生长基片的类型对纳米线生长无明显影响。(2)Ino纳米线最佳的制备工艺为:加热温度为700℃,加热时间为8h。此工艺下制备出大量单晶Ino纳米线,直径在80nm左右,长度达到微米级,纳米线为体心立方结构,沿[100]方向生长;Sno纳米线最佳的制备工艺参数为:加热温度为750℃,加热时间为4h,此工艺下制备出大量单晶Sno纳米线,直径在100nm内,长度达到微米级,晶体结构为金红石结构,沿[101]方向生长;优化了 bio纳米线所用蒸发源材料。最佳的bio纳米线制备工艺为:以biSn混合物为蒸发源时,加热温度为600℃,加热时间为4h。得到了单晶bio纳米线,直径在100nm左右,长度达到微米级,晶体结构为单斜结构,垂直晶面(120)方向生长。Ino,Sno,bi203纳米线生长机制符合VLS与VS生长机制,即纳米线的生长不受到有无使用催化剂的限制,但是催化剂的使用可以促进纳米线生长。(3)Ino纳米线对甲醇气体响应较差,对乙醇及丙酮气体具有一定的敏感性;bio纳米线对甲醇,乙醇及丙酮气体均具有一定的敏感性;Sno纳米线对甲醇,乙醇及丙酮气体在三种纳米线材料中具有最强烈的灵敏度。Ino,Sno,bio纳米线制作的气敏元件响应强度随气体浓度的增加而增强。(4)成功制备了掺锡氧化铟纳米线,制备工艺为:加热温度为750℃,加热时间为4h。通过改变蒸发源In与Sn比例,可以实现对掺锡氧化铟纳米线成分的控制。掺锡氧化铟纳米线具有与Ino纳米线相同的晶体结构,直径在100nm以内,长度达到微米级,单根纳米线沿[100]方向生长,符合VLS生长机制。

关键词：热蒸发法 In2o3纳米线 Sno2纳米线 bi2o3纳米线掺锡氧化铟纳米线生长机制气敏性能

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