纳米材料的一支新军—碳纳米管

纳米材料是指介于小团簇(microcluster)与大块物质之间的一种过渡状态.由于其本身尺寸在纳米(nm)量级而具有许多特性,例如量子尺寸效应、表面界面效应等.这些特性使它在科学研究和国民经济中起着或即将起着重要的作用.正当各种各样的纳米材料通过物理、化学方法制备成功并进行广泛研究和应用之时,纳米材料的一支新军——碳纳米管诞生了. 碳纳米管或布基管是近两年在研究碳团簇及富勒烯过程中发现的一种新型的纳米材料.它由纯碳元素组成,是由类似石墨六边形网格翻卷而成的管状物,管子两端一般也是由含五边形的半球面网格封口.碳纳米管尺寸一…     

微纳加工领域新著--《微纳加工及在纳米材料与器件研究中的应用》

微纳加工领域是从事物理学研究与应用开发人员,特别是从事纳米材料与器件研究的物理工作者十分关注和重视的领域。这是由于人们在对纳米材料性能的研究中发现,性能与材料的微观结构尺寸的变化关系密切。例如,随着材料尺度的减小,由于表面效应、体积效应和量子尺寸效应的影响,材料的物理性能和采用该材料制作的器件特性等都可能表现出与宏观体相材料和相关器件特性显著不同的特点。这些特点是材料性能对微观结构尺寸变化的敏感性所导致的结果。正是由于这种敏感性,使得无论在纳米材料科学问题研究还是在纳米器件发展应用中,对材料生长控制和微加工的精确程度都提出了极为苛刻的要求。所以,需要纳米、甚至原子、分子层次的微纳加工技术,以探索材料与器件的新特性。可见,基础科学的研究发展往往需要技术科学提供强有力的支持,要想探索在纳米尺度下物质的变化规律、新的性质和器件功能及可能的应用领域,同样离不开相应的技术手段。微纳加工技术作为当今高技术发展的重要领域之一,是实现功能结构与器件微纳米化的基础。借助微纳加工,人们可以按照需求来设计、制备具有优异性能的纳米材料或纳米结构及器件与装置,发展探测和分析纳米尺度下的物理、化学和生物等现象的方法和仪器,准确地表征纳米材料或纳米结构的物性,探索纳米尺度下物质运动的新规律和新现象。     

核壳结构磁性复合纳米材料的可控合成与性能

具有核/壳结构的磁性复合纳米材料是十分重要的功能材料,其综合物性受材料微结构的影响,而这很大程度上又取决于复合体系的可控合成.本文综述了近二十年来有关核/壳磁性复合纳米材料的制备、表征及性能研究方面的进展,讨论的体系主要有：铁氧体基永磁/软磁（反铁磁）复合纳米材料、非磁性体包覆磁性核而成的复合纳米材料、用磁性颗粒催化合成的碳基复合纳米材料、基于交换偏置效应而设计的复合纳米材料、核-壳同轴结构的一维复合纳米材料和核/壳/壳三元结构的磁性复合纳米材料等.构建复合体系的组分包括M型永磁铁氧体、3d过渡金属（及其合金、氧化物、碳化物）、多铁化合物、非磁性体（比如绝缘体、半导体、有机分子）和碳材料等,着重分析了复合纳米材料的热稳定性、光致发光性能、光电催化能力、电化学特性、微波吸收性能、磁电阻效应、永磁体性能、高频软磁特性、交换偏置效应及其相关现象.最后,对核/壳结构磁性复合纳米材料的未来发展趋势进行了展望,并在基础研究和改性应用方面提出了一些建议.     

基于等离激元多重杂化效应的光吸收结构

近年来,以聚合物为代表的高分子材料由于具有比其他光吸收材料(如半导体材料、碳基材料以及贵金属纳米材料)更好的柔性和粘弹性而受到广泛关注.本文基于等离子体再聚合技术和磁控溅射工艺在聚合物材料层上制备了具有等离激元多重杂化效应的光吸收结构,该结构具有宽谱高吸收特性.该结构的制备工艺简单易行,对不同聚合物材料具有通用性,在光学器件领域具有广泛的应用前景.     

多铁性BiFeO3纳米颗粒的尺寸依赖磁性能研究

采用乙二胺四乙酸杂化溶胶法制备了不同晶粒尺寸的纯相BiFeO₃纳米颗粒,并利用X射线衍射仪、扫描电镜、超导量子干涉仪和Mossbauer 谱系统研究了其结构、形貌以及磁性能.结果表明: BiFeO₃纳米颗粒具有明显的弱铁磁性,并呈现强烈的尺寸依赖特性; 这种弱铁磁性主要源于纳米材料的尺寸限制效应,而非杂质相或Fe²⁺ 的存在所致.     

低维铁电材料研究进展

铁电材料是一类重要的功能材料,铁电元件的小型化、集成化是当今铁电材料发展的一大趋势.但是尺寸效应、表面效应等的存在制约了传统块体铁电材料在纳米尺度下的应用,因而低维度纳米材料中的铁电性能研究成为当前材料科学领域的研究热点之一.本文综述了近年来理论和实验上关于低维铁电材料的探索,包括二维范德瓦耳斯层状铁电材料、共价功能化低维铁电材料、低维钙钛矿材料、外界调控以及二维"铁电金属"等材料的理论预言与实验铁电性的观测;也提出一些物理新机制来解释低维下的铁电性;最后对该领域今后的发展进行了展望.     

纳米多晶体的热力学函数及其在相变热力学中的应用

以往关于纳米材料热力学的研究，绝大多数以界面的热力学函数表征整体纳米材料的热力学性质，这种近似处理，对于尺寸超过几十纳米的较粗纳米材料，在相变热力学中对特征转变温度和临界尺寸等重要参量的预测，将导致很大误差. 应用“界面膨胀模型”和普适状态方程，研究了纳米晶界的热力学特性，进一步发展了纳米晶整体材料热力学函数的计算模型，给出了单相纳米多晶体的焓、熵和吉布斯自由能随界面过剩体积、温度，以及晶粒尺寸发生变化的明确表达式. 以Co纳米晶为例，分析了界面与整体纳米多晶体热力学函数的差异，确定了相变温度与晶粒尺寸的依赖关系，以及一定温度下可能发生相变的临界尺寸. 关键词： 纳米多晶体 热力学函数 相变热力学     

SrAl_2O_4∶Eu,Dy纳米材料与体材料的光电特性研究

用溶胶-凝胶自燃烧法和高温固相法分别制备了纳米和体相SrAl_2O_4:Eu,Dy长余辉磷光体.用X射线衍射对晶体结构进行了表征,用Keithley 2410对材料在有无光照条件下的电流-电压特性进行了分析,同时还测量了样品的真空紫外激发光谱.光照使材料的电流增强,说明至少有部分电子经光照后被激发到导带;纳米材料真空紫外激发光谱发生蓝移,说明纳米材料的禁带宽度要大于体材料的禁带宽度,相同电压下纳米材料的电流小于体材料的电流.     

纳米结构电学性质的静电力显微镜研究方法

纳米尺度的材料具有许多不同于宏观体材料的奇特的物理和化学特性.了解纳米结构的物性随材料尺寸及形状的变化关系,对于设计和合成具有特定功能的纳米材料有重要的指导意义.静电力显微镜技术为研究微纳米尺度下材料的电学特性提供了强有力的工具.文章介绍了这种测量技术的基本原理,并列举了几种在静电力显微镜基础上发展起来的纳米材料电学性...     

高性能ZnO纳米块体材料的制备及其拉曼光谱学特征

利用六面顶高压设备制备了高密度、低脆性、纳米级的ZnO块体材料，用MDI/JADE5 X射线衍射仪(Cu靶)和XL30S-FEG场发射扫描电子显微镜对高压样品的相组成、晶粒尺寸及微观形貌进行了表征.利用E55+FRA106/5傅里叶变换激光拉曼光谱仪通过ZnO块体样品位于50—500cm^-1之内的拉曼光谱, 研究了极性半导体纳米材料的拉曼光谱学特征.发现在极性半导体ZnO纳米块体材料中，没有出现明显的尺寸限制效应. 关键词： ZnO纳米块体 拉曼光谱 尺寸限制效应     

薄膜电致发光器件中SiO2加速作用的直接证据

本文通过包含CdS层的薄膜电致发光(TFEL)器件的有关特性的研究,直接证明了SIO₂对CdS中产生的电子有良好的加速作用,并获得了阈值电压低、B-V特性好,亮度较高的红色TFEL器件.我们将硫化镉蒸镀于电致发光器件中,测量这些器件的电学和光学特性,发现含CdS的样品的传导电荷明显大于不含CdS的样品,这说明硫化镉层可以提供较多的电子.但是,样品ITO/SiO₂/ZnS:Sm³⁺/SiO₂/CdS/Al的发光效率低于不含硫化镐的样品,这说明这些电子在进入ZnS层的过程中能量有所降低.为了提高这些电子的能量,我们制备了样品ITO/SiO₂/ZnS:Sm³⁺/SiO₂/CdS/Al,使硫化镉中产生的电子先经过SiO₂层,再进入发光层.测量结果表明这一样品的最大亮度和发光效率与上述含硫化镉的样品相比分别提高了2.5个和0.5个数量级,与不含硫化镉的样品的亮度接近,但其阈值电压较低,亮度-电压(B-V)曲线上升部分较陡,且有一段饱和区.在这一样品达到饱和的电压下,不含硫化镉的样品才刚刚起亮,这说明该样品的发光主要是由于硫化镉增加的电子数目对发光的贡献.同时这些电子在SiO₂中得到了明显的加速.     

The rapid preparation of large-scale CdS opal photonic crystals and study of the optical properties

Monodispersed silica microspheres of 270 nm are synthesized by a colloidal solution method. Larger scale perfect three-dimensional photonic crystals (PCs) are rapidly prepared using the evaporation of acetone to self-assemble the microspheres on quartz substrates by vertical deposition methods. We find that the pseudo-photonic band gap (PBG) of the PC structure changes with increasing annealing temperature; it drastically shifts from 450 nm for as-grown crystals to 409 nm for annealing at 800 °C. CdS photonic crystals are formed by infiltrating CdS nanocrystals of 6 nm into the SiO₂ PC structure. The transmission and spontaneous emission characteristics of CdS PCs have been investigated. The clear dip in the spontaneous emission spectrum relates to the photonic band gap of CdS PCs, indicating that the spontaneous emission is inhibited in the region of the PBG. The emission band of CdS PCs becomes narrower and sharper than that of CdS nanocrystals; this demonstrates that the emission band and intensity of the luminescent devices will be tuned by controlling the position of the PBG. PACS 42.70.Qs; 42.25.Bs; 78.20.-e; 78.55.Et     

Ag nanoparticle mediated growth of CdS nanobelts

Catalytic growth of CdS have been carried out on large scale by evaporation of bulk CdS on Ag deposited Si (1 1 1) at atmospheric pressure. The as prepared CdS had wurtzite structure as evidenced by X-ray diffraction. The nanostructures were beltlike with several tens of micrometers length, several micrometers width and few nanometers to tens of nanometers thick as seen by scanning electron microscope and confirmed by TEM studies. The nanobelts were single crystalline in nature and showed reflection corresponding to (1 1 2) and (0 0 2) planes in SAED. The PL studies revealed the green band due to band gap emission and red band due to emission from the surface states. The higher intensity of the defect emission indicated the presence of considerable concentration of surface defects in the as prepared sample. The deposition of CdS could be explained on the basis of catalyst assisted vapor-liquid-solid and vapor-solid mechanism.     

CdS/ZnO纳米复合结构制备及荧光特性研究

为增强CdS纳米粒子的荧光强度,以及稳定性,研究了Cd,S不同质量比,有无稳定剂等条件下CdS纳米粒子的制备及荧光特性。在碱性条件下,利用水热法合成了CdS/ZnO的纳米复合结构,并对所有样品进行了XRD、荧光光谱和SEM表征。测试结果表明所制备的CdS纳米粒子和CdS/ZnO的纳米复合结构粒子成分单一且纯净;ZnO复合在CdS表面;在紫外光(328.5 nm)激发下,CdS/ZnO纳米复合结构的发射峰位于463 nm处,峰形窄而对称,CdS/ZnO纳米复合结构的荧光强度比CdS纳米粒子的荧光强度有显著增强,且CdS和ZnO物质量之比为1∶1条件下,荧光强度最高,其荧光效率比单一CdS纳米粒子高出11%。通过第一性原理计算结果表明,CdS能带结构中,Cd-4d,S-3p和Cd-5s能带分别由5条、3条和1条能级构成,对比不同轨道的分态密度强度,看出CdS的导带边主要由Cd-5s轨道贡献,而价带边主要由S-3p轨道贡献,能量在-7 eV附近的电子态主要由Cd-4d轨道贡献。而ZnO上价带主要由O-2p电子构成,靠近费米能级的价带区域则主要由Zn-3d电子贡献,在导带部分,主要来源于Zn-4s和O-2p电子。由于在两种材料的复合结构中Zn-3d电子的能级和S-3p电子的能级接近,存在着二型带阶结构使能带变窄,容易形成跃迁,减小电子-空穴的复合,从而促进复合结构荧光效率的提高。     

Preparation of Ru-loaded CdS/Al-HMS nanocomposites and production of hydrogen by photocatalytic degradation of formic acid

The composite of aluminum-substituted mesoporous silica (Al-HMS) molecular sieve coupled with CdS (CdS/Al-HMS) was prepared by template, ion exchange and sulfurization reactions. The result of low angle XRD patterns showed that the low content of 2.5 wt% CdS is incorporated inside Al-HMS channels. The results of diffuse reflectance UV-visible spectra and fluorescence emission spectra exhibited that the absorption edge and photoluminescence peak for CdS/Al-HMS are blue-shifted about 75 nm and 40 nm in comparison to bulk CdS, respectively. The activities of hydrogen production by photocatalytic degradation of formic acid were evaluated under visible light irradiation (λ ≥ 420 nm) and the CdS/Al-HMS loaded 0.07 wt% Ru showed the highest H₂ evolution at a rate of 3.7 mL h⁻¹ with an apparent quantum yield of 1.2% at 420 nm.     

CdSe/CdS核壳纳米晶微波水热法一步合成与发光光谱分析

采用微波水热法一步合成了核壳结构的CdSe/CdS纳米晶,讨论了巯基丙酸中S^2-的释放过程对纳米晶生长的影响。XRD和Raman光谱结果表明,140℃合成温度下获得了CdSe/CdS核壳结构的纳米晶。FTIR光谱结果表明,巯基丙酸随时间的分解有助于CdS壳层的形成。PL光谱呈现出CdSe纳米晶的带间发射和缺陷发射,随着核壳结构的形成,CdSe纳米晶的表面缺陷被抑制,相关的荧光发射减弱。     

CdS及其包裹型纳米颗粒PVA基复合膜的特性研究

以聚乙烯醇 (PVA)、六偏磷酸钠为分散剂 ,采用溶胶法合成了 Cd S纳米胶体颗粒 ,制备出 Cd S及其包裹型纳米颗粒 PVA基复合膜。通过光子相干光谱粒度仪 (PCS)、紫外 -可见吸收光谱 (UV- VIS)、荧光光谱 (PL)对样品进行了初步表征。结果表明 ,Cd S纳米颗粒 PVA基复合膜的紫外 -可见吸收光谱有明显的蓝移现象 ,所发荧光主要由表面态发射引起 ;包裹型 PVA基复合膜所发荧光主要由带边发射引起     

Study of steady state and time resolved photoluminescence of thiol capped CdS nanocrystalline powders dispersed in N,N-dimethylformamide

The microwave (MW) assisted synthesis of thiol capped cadmium sulfide (CdS) nanocrystallites/quantum dots (QDs) was performed through the reaction of cadmium acetate with thiourea in N,N-dimethylformamide (DMF) by keeping the MW irradiation time fixed (40 s) in the presence of a thiol containing capping agent. Three capping agents, namely, benzyl mercaptan (BM), 1-butanethiol (BT) and 2-mercaptoethanol (ME) were used. The concentration of the precursors was varied to check the change in the average size of the thiol capped CdS nanocrystals formed. The nanocrystallites were characterized by usual procedure. The UV-vis absorption spectra and the photoluminescence (PL) spectra of the CdS nanocrystalline powders dispersed in DMF were studied. It was observed that with increase in concentration of the capping agent (BM), there is a shift in the nature of emission (PL) from trap associated PL to the band edge luminescence in the case of BM capped CdS nanocrystalline powders dispersed in DMF possibly due to better surface passivation. The relative PL quantum yield of the thiol capped CdS nanocrystalline powders dispersed in DMF was calculated under various experimental conditions. Time-correlated single-photon counting experiments were performed to study the time-resolved photoluminescence of the CdS nanocrystalline powders dispersed in DMF. The observed emission decay profiles have been simulated using the multiexponential model. The emission decay profiles for thiol capped CdS nanocrystalline powders dispersed in DMF depend on the nature of the capping agents (thiols) used to passivate the CdS nanocrystallites. The time resolved PL studies show that the average values of PL lifetime are related to the size and size distribution of the prepared thiol capped CdS nanocrystallites.     

Bi3+和Eu3+在Ca2SiO4中的发光和能量传递

用高温固态反应合成了Ca2SiO4:Bi3+,Ca2SiO4:Eu3+和Ca2SiO4:Eu3+,Bi3+发光体。讨论了不同掺杂量和掺杂种类时Bi3+对Eu3+的5D0-7F1,5D0-7F2发射的影响规律。实验发现,Ca2SiO4:Bi3+在紫外线激发下发出明亮的蓝色光,Ca2SiO4:Eu3+,Bi3+中的Bi3+能将激发能传递给Eu3+,使Eu3+的5D0-7F1和5D0-7F2两种跃迁都大大加强,同时,Bi3+也发出鲜艳的紫色光。     

CdS纳米粒子的自组装单分子膜制备研究

利用疏基乙酸与草酸的混合自组装单分子膜成功制备了粒径分布均匀的CdS纳米粒子，并用SEM，XRD，XPS，PL对样品进行了表征。SEM表明形成在自组装单分子膜表面上的CdS纳米粒子的平均粒径约为45nm。XPS表明在自组装单分子膜表面形成了CdS纳米粒子。PL谱表明CdS纳米粒子在675nm有一峰值波长，我们认为这一发光是由表面缺陷造成的。