Si-Ge核壳纳米线禁带宽度的形貌效应

基于连续介质力学和键弛豫理论等方法,从原子键长和键强的变化以及应变的角度出发研究了包括三边形、四边形、六边形和圆形等不同形貌Si纳米线的能隙。研究结果表明,表面原子,特别是顶角和棱边上的原子,对多边形纳米线能带结构会产生重大影响。此外,研究发现纳米线的能隙随尺寸的减少而增大,并且Ge外延层厚度的改变也可实现对能带的调控。结果与实验测量吻合较好,这也说明该理论方法的可行,可为今后分析多边形核壳纳米结构的能隙以及为Si基材料的应用提供借鉴。

Ag_核Au_壳双金属复合纳米线的制备及其表面增强拉曼光谱研究

采用氧化铝模板结合交流电沉积技术制备纯银纳米线,然后通过化学还原方法,并控制加入的金盐的量,在已制备好的银线表面包裹不同厚度的金壳层,得到具有核壳结构的Ag核Au壳复合纳米线.采用电子显微镜(SEM,TEM)和表面增强拉曼光谱对该复合结构纳米线进行相关表征,纳米线的表面形貌与加入的金盐的量有关.以苯硫酚(TP)和对巯基苯胺(PATP)为探针分子,研究了此类复合纳米线的表面增强拉曼散射效应.并以PATP在金银纳米线表面吸附的表面增强拉曼光谱的差别为探针,表征了复合纳米线表面金的包裹程度,结果表明一定厚度的包裹程度可制备无针孔效应的核壳结构金银复合纳米线.

核壳结构银纳米线的合成及神经形态网络特性

银纳米线由于具有独特的核壳结构,被用于构建神经形态纳米线网络。以经典多元醇法为模板,设计正交实验合成了一系列核壳结构银纳米线,分析了反应温度、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的相对分子量、PVP用量和卤离子含量等因素对银纳米线长度、直径及核壳结构微观特征的具体影响。结果表明,相对分子质量高的PVP更适合制备具有AgNWs-Ag核壳结构的银纳米线;由银纳米线组成的神经形态纳米线网络表现出类似人工突触行为的忆阻响应曲线,其神经形态特性受银纳米线核壳结构微观特征影响,并表现出明显的湿度依赖特性。

ZnO/CuO核壳结构纳米线光致发光性能与CuO壳层厚度的关系(英文)

通过分别生长核层与壳层制备出了ZnO/CuO核壳结构的纳米线。形貌和结构分析表明,ZnO核为单晶纳米线而CuO则以多晶形式覆盖在核层表面上。光致发光(PL)研究表明,ZnO纳米线PL强度随CuO壳层厚度的变化而变化。当壳层比较薄时ZnO的PL强度增大,这主要是由于CuO壳层对ZnO核层的修饰减少了表面态,而当壳层厚度增加到一定程度时,ZnO的PL强度不再变化,这主要是由于在核壳结构中形成了type-I型结构的原因。我们对这一现象做了详细的讨论。

模板法合成金银核壳纳米线及电化学表征

采用氧化铝模板由交流电沉积制备纯银纳米线.然后借助化学还原法,在已制备好的银线表面包裹不同厚度的金壳层,得到具有核壳结构的AgcoreAushell复合纳米线.电子显微镜(SEM,TEM)显示该复合结构纳米线表面形貌与加入的金盐量有关,而且包裹层较薄的复合纳米线表面存在大量的孔洞.循环伏安测试表明,具有孔洞效应的复合纳米线经多次循环扫描后即可过渡到无孔洞效应的表面.以对巯基苯胺(PATP)作为探针分子的表面增强拉曼光谱,可用于表征纳米材料的表面结构.

核壳结构SiC/SiO_2 纳米线的低温合成与表征

以酚醛树脂(PF)作为碳源,纳米SiO2为硅源,在1300℃氩气气氛下通过碳热还原反应,制备出具有核壳结构的SiC/SiO2纳米线。采用X射线分析衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱(Raman)对产物的组成、形貌、微观结构等进行了表征。结果表明;SiC/SiO2纳米线长可达数毫米,单根SiC/SiO2纳米线由直径30 nm的β-SiC晶体为内核和厚度约12 nm的无定形SiO2壳层组成;室温下SiC/SiO2纳米线的PL发光峰与β-SiC单晶的发光特征峰相比有蓝移。最后,讨论了核壳结构SiC/SiO2纳米线的生成机制。

ZnO/ZnSe核/壳纳米线结构的制备

ZnO和ZnSe都是重要的宽带隙Ⅱ-VI族半导体材料。一维ZnO和ZnSe纳米材料是目前半导体一维纳米材料研究领域的热点,又由于二者之间的能带差,如果构成异质结构将会使材料的电子传输特性发生改变,因而可以应用于光电等领域。本文用气相传输法制备了ZnO纳米线,然后用异丙基硒对样品进行处理,并对样品进行了SEM、TEM和HFTEM的表征,结果表明我们已经成功制备出了ZnO/ZnSe核/壳纳米线异质结构。

核/壳结构Fe/FeS_2纳米线结构与磁性能

利用电沉积及热硫化法制备了核/壳结构Fe/FeS2纳米线,研究了硫化过程对纳米线体系磁特性的影响。试验中,通过直流电沉积方法,可以在纳米孔洞高度有序排布的阳极氧化铝模板中制备Fe纳米线,之后部分溶去模板,再经450℃硫化处理,Fe纳米线表面可形成"毛刷"绒状物FeS2,从而形成核/壳结构Fe/FeS2纳米线。结果表明,随着高温硫化处理,Fe纳米线直径略有减小,且择优取向发生变化,并引起复合纳米线饱和磁化强度及矫顽力增强,主要认为是由于核/壳复合结构的形成引起纳米线体系静磁耦合作用降低所致。

ZnO/GaN核/壳异质结纳米线能带结构和电荷分离的理论研究

采用密度泛函第一性原理的方法计算了GaN纳米线、ZnO纳米线及其核/壳纳米线结构的能带结构,价带顶(VBM)和导带底(CBM)的电荷分布。计算表明本征GaN和ZnO纳米线材料VBM和CBM所对应电荷分布较为分散,且与直径关系不大,形成不了Ⅱ型半导体电荷分离效应。GaN和ZnO组成的核/壳纳米线均保持本征GaN和ZnO纳米线的直接带隙性质。在ZnO包裹GaN的核壳纳米线结构中,不同比例的ZnO和GaN之间电荷转移均不明显,VBM和CBM电荷分布基本都是由壳层的ZnO的O原子占据,难于实现VBM和CBM电荷空间分离。在GaN包裹ZnO的核壳纳米线结构中,VBM电荷和CBM电荷分布分别主要由壳层的N原子占据和核层的O原子占据,同时ZnO和GaN之间的电荷转移量相对较大,容易形成较大的核壳内置电场,有利于促进空间电荷分离,并且随着ZnO的比例增加电荷转移量也相应增加,能有效的促进电荷分离有利于制备成Ⅱ型半导体。

单根Ni/NiO核壳纳米线器件的光电特性

利用化学还原法制备了Ni纳米线后经过高温氧化得到了Ni/NiO核壳纳米线,最后利用半导体工艺制备出单根Ni/NiO核壳纳米线器件,并对其光电特性进行了测试分析。I-V曲线测试结果表明器件具有很好的整流特性。在-1 V外加偏压下,暗电流为1.6μA,光电流为15μA,光电流约是暗电流的10倍。在波长为248 nm、功率密度为40 mW/cm2的脉冲光照射下,器件的最大光生电压约为23 mV,响应时间约为1μs。通过曲线拟合发现器件的恢复时间由两部分组成,分别为3.3和25μs。器件的恢复时间远长于响应时间,这可能是由于Ni/NiO核壳纳米线中大量的缺陷阻碍了光生电子和空穴之间的复合所致。

GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究

GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线是制作金属-半导体-金属(MSM)型高速光电探测器最简洁有效的光电材料之一。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备,在GaAs(111)B衬底上开展了GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究,用场发射扫描电子显微镜(SEM)和微区光荧光谱仪(PL)对制备的GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线样品进行了测试分析。采用已优化的GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长工艺参数,主要研究了AlGaAs壳材料的生长机制,获得了高质量的AlGaAs壳材料,AlGaAs壳材料生长速率约为50 nm/min,Al的原子数分数为14%。这些结果为将来多异质结构纳米线的生长和光电探测器的制备奠定了基础。

NiSi_x/Ge核壳纳米线作为锂离子电池负极材料的电化学性能

Ge具有约1 600mAhg-1的理论比容量,是商业化石墨材料理论容量(372mAhg-1)的4倍多,是目前较有吸引力的锂离子电池负极材料。纳米材料相比于体材料由于具有独特的物理化学特性,广泛地应用于锂离子电池领域。本文采用化学气相沉积和射频溅射的方法在泡沫镍上合成出了大量NiSix/Ge核壳纳米线,并进行了扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDX)、透射电子显微镜(TEM)表征分析。将其作为负极材料应用于锂离子电池中,首次放电比容量约为1700mAhg-1,首次效率为70.9%。60个循环后放电比容量仍可维持在950mAhg-1以上,相比于Ni/Ge薄膜,表现出更好的锂离子电池循环性能。NiSix纳米线的优异导电性、纳米线之间的充足空间给予的缓解体积膨胀功能及膜与纳米线的优良接触在提高锂离子电池性能上起到了非常重要的作用。

微结构对单根Ni/NiO核壳纳米线器件阻变性能的影响

通过化学还原和热处理的方法制备出了具有核壳结构的Ni/NiO纳米线,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、热重分析等手段对不同退火温度下的样品进行了结构表征和分析,分析了样品微结构对单根Ni/NiO纳米线器件阻变性能的影响。结果表明:随着退火温度的升高,Ni/NiO纳米线表面逐渐光滑,NiO薄膜层结晶度提高,NiO平均粒径逐渐增大,氧化层也逐渐变厚。I-V测试曲线表明,在300℃退火条件下,单根Ni/NiO纳米线器件展现出优异的阻变性能,开关比大,开关阈值电压小;但随着温度的升高,单根Ni/NiO纳米线器件阻变性能明显下降,其原因可能是因为退火温度的进一步升高导致了NiO薄膜层厚度的增加并提高了薄膜的结晶质量阻碍了导电细丝在NiO层内的产生造成的,只有在适当温度处理下出现的微结构才能使Ni/NiO纳米线器件具有最优化的阻变性能。

负载高性能MnO2@Ni（OH）2核/壳纳米线阵列碳布电极的非对称超级电容器性能研究

通过两步法在碳布(CC)上成功制备MnO2@Ni(OH)2核/壳纳米线阵列(NWAs),并应用于柔性全固态非对称超级电容器(ASCs)中。Ni(OH)2纳米片整齐地包覆在每个MnO2纳米线上,与纯MnO2纳米线相比获得了更高的比电容值(在扫描速率为5mV/s时,比电容值为432.8F/g)。该电极材料同时具有良好的循环稳定性,在5A/g下充放电2000圈后,仍保持初始比电容的92.3%。自组装的MnO2@Ni(OH)2//MnO2 ASC具有1.8V的宽电势窗口,输出了高能量密度(69.2Wh/kg)和高功率密度(当54.6Wh/kg时4.5kW/kg)。结果表明,MnO2@Ni(OH)2 NWAs以碳布作为柔性基底,拥有高比表面积可以被大规模地应用在超级电容器领域中。

Sn@MnOX核壳结构微/纳米线的合成和结构表征

本文合成了一种新型结构的微/纳米线。利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量色散X射线谱(EDS)对所合成微/纳米线的形态、组成和微观结构进行研究。结果显示β-Sn微/纳米线作为"核",超薄非晶态MnOX纳米片作为"壳"层,完全把β-Sn包裹住,形成Sn@MnOX微/纳米线异质结构。

MOCVD自催化法在Si(100)衬底上生长InP/InGaAs核壳结构纳米线

采用自催化法,利用金属有机化学气相沉积技术,在Si(100)衬底上成功制备了InP/InGaAs核壳结构纳米线。通过扫描电子显微镜观察纳米线形貌,在核壳结构纳米线的顶端催化剂转化成了颗粒状晶体。利用X射线衍射和透射电子显微镜研究了InP纳米线上生长InGaAs外壳的过程,并应用X射线能量色散能谱仪对纳米线顶端进行了轴向和径向的线扫描,得到了纳米线上元素组分分布。催化剂的转化发生在制备InGaAs壳之前的升温过程中,且形成的晶体中含有合金成分。InGaAs壳的组分调整可以通过改变生长过程中生长源气体的流量来实现。

碳纳米管／无机半导体核／壳结构纳米线的研究进展

概括了碳纳米管（CNTs）作为一维纳米结构构筑模板的优势，重点评述了在以CNTs为模板制备CdS@CNTs核壳异质结构纳米线方面的研究进展，通过代表性的研究工作介绍了以CNTs为模板制备多种CNTs／无机半导体核壳异质结构纳米线的新成果，并对相关研究领域目前存在的关键问题进行了归纳与点评。

聚吡咯/硫化镉核壳纳米线的制备及整流特性

以无机多孔氧化铝膜为模板,利用气相沉积和原位电化学沉积方法成功地制备了有机-无机杂化聚吡咯/硫化镉核壳纳米线;采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了聚吡咯/硫化镉核壳纳米线的表面形貌和微结构.结果表明,内部的聚吡咯纳米线紧紧依附在外部的硫化镉纳米管中,并且硫化镉纳米管被聚吡咯全部填充.与此同时,在聚吡咯/硫化镉核壳纳米线中,外部硫化镉壳与内部聚吡咯核之间存在电荷转移;聚吡咯和硫化镉之间形成有机-无机杂化的P-N界面,从而导致单根聚吡咯/硫化镉核壳纳米线显示出不同于外部壳和内部核的整流特性.

含表界面效应的核壳纳米线界面失配位错形核

研究了考虑表面和界面效应的核壳纳米线材料中螺型失配位错形核的临界情况。运用复势方法获得了纳米线和薄膜区域复势函数的解析解。主要讨论了表面和界面效应对核壳纳米线中螺型失配位错形核的影响规律。研究表明:正(负)表面、界面效应会减小(增大)螺型失配位错形核时所需的膜厚度范围和临界剪切模量;当其他参量为某些定值时,无论膜厚度为多大,正表面、界面弹性常数都存在使螺型位错不能形核的可能;正(负)表面、界面残余应力会增大(缩小)螺型失配位错形核时所需的膜厚度范围;正(负)表面、界面效应会增大(减小)螺型失配位错形核时所需的临界膜厚度和失配应变临界值。

B_4C/B_6O核-壳结构五次孪晶纳米线

核壳结构纳米线是一类具有可调控物理特性的一维纳米材料。本文报道一种具有B4C核心,B6O壳层的五次孪晶纳米线。B4C和B6O同属于α菱方富硼化合物,二者的点阵参数相近。对单根纳米线的电子衍射、高分辨电子显微学分析,确定了纳米线的五次循环孪晶结构,纳米线芯部成分为B4C,表面具有B6O外延层。明场形貌像及能量过滤像分析表明该纳米线具有非对称截面形貌。通过系列温度合成实验可以预见,进一步调节原料配比、合成温度等因素,可大规模合成具有B4C/B6O核壳结构的五次循环孪晶纳米线,这将有助于进一步研究和应用α菱方硼化物纳米线的高温热电特性。