AlN的MOCVD生长中表面吸附的量子化学研究

利用量子化学的密度泛函理论(DFT),对AlN的MOCVD生长中表面反应前体MMAl、DMAlNH2分别在理想、NH2覆盖AlN (0001)-Al面的吸附进行研究.通过分析表面吸附位、吸附能、分波态密度图等,确定可能的稳定吸附结构和吸附倾向.研究发现:在理想和NH2覆盖的AlN(0001)-Al面,MMAl吸附在T4位和H3位,吸附概率相近,MMAl与表面形成3个Al-Al8键(理想AlN表面)或3个Al-N8键(NH2覆盖的AlN表面).在理想AlN表面,DMAlNH2吸附在Top-Top位,与表面形成N-Al8键和Al-Al8键;在NH2覆盖的AlN表面,DMAlNH2吸附在Top位,与表面形成Al-N8键.对比两种粒子在理想和NH2覆盖表面的吸附能,发现在理想表面DMAlNH2的吸附能大于MMAl,即DMAlNH2优先吸附;在NH2覆盖表面,MMAl的吸附能明显大于DMAlNH2,即MMAl优先吸附.     

初始微观结构缺陷和断裂的温度依赖及相关性

纳米线(NW)结构内的微观结构缺陷对NW的机械性能存在一定的影响。NW断裂位置的预测关系着纳米器件应用的寿命,进而引起了人们的广泛关注。在本工作中,基于统计分析,分别研究了单晶铜纳米线(Cu NW)拉伸过程中出现的断裂位置以及在应力屈服点处产生的初始微观结构缺陷(初始缺陷)的位置对温度的依赖性,进一步探究了两者之间的联系。利用分子动力学(MD)模拟了单晶Cu NW在20~300 K的温度范围内的拉伸状态,共包含6个体系,各温度体系包含300个独立的样本。基于机器学习,采用density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN)算法,将hexagonal close-packed (hcp)原子划分为各个初始缺陷以进一步确定其位置。统计结果显示,当温度低于50 K时,初始缺陷的位置集中在NW的两端。随着模拟温度的上升,MD模拟结果展现了单晶Cu NW的拉伸过程中的杨氏模量、平均屈服应力、平均势能等机械性能对温度的依赖性。温度的升高进一步促使了更多初始缺陷的产生,并使得初始缺陷的位置由统计分布的两端向中间平均化。与初始缺陷相比,各温度下的断裂位置集中在两端。统计结果表明,模拟的温度范围对NW的断裂位置无明显影响,但对初始缺陷的产生具有明显影响。当温度低于100 K时,初始缺陷的位置分布与断裂位置分布呈现了一致性。由于两者具有不同的温度依赖,其差异随着温度的上升逐渐显现。对不同温度下的微观结构形变行为观察发现,断裂失效明显受到NW两端的表面效应和阻挡效应的影响。最终的断裂位置受塑性形变中后期的影响,与应力屈服区产生的初始缺陷无直接联系。     

Eu3+掺杂六方相-维纳米磷酸铈发光材料的合成与表征

以磷酸钠、硝酸铈、硝酸铕为原料,P123表面活性剂为模板,采用水热法,成功合成了Eu3＋掺杂的六方相CePO4一维纳米材料。通过XRD,TEM,PL表征,发现纳米线最长可以达到1μm左右,掺杂后的一维纳米材料,其荧光发射性能在波长为348 nm处得到了很大的提高,而形貌能够基本保持不变。通过比较发现,随着掺杂量的不断增加,其荧光发射强度出现了先增大后减小的变化趋势,其中以样品Ce0.99Eu0.01PO4的荧光发射性能最强。磷酸铈一维纳米材料以其优异的荧光发射性能,在光、电等领域具有潜在的应用价值。     

聚乙烯醇辅助合成CdS纳米线及其表征

以聚乙烯醇为辅助剂, 使用溶剂热法成功制备CdS纳米线, 并用XRD、TEM、HRTEM、UV-Vis和PL(荧光)发射谱等方法对样品进行表征. 结果表明, 该法制备的CdS纳米线为六方纤锌矿结构, 直径为70 nm, 长约10 μm, 沿[001]晶向择优生长, 具有量子禁域效应. 同时, 根据对比实验结果提出了CdS纳米线的聚合物辅助生长机理.     

取向Zn1-xMgxO纳米线阵列的制备及光学特性

采用化学气相沉积(CVD)法, 以高纯ZnO、Mg和活性C混合粉末为原料, 在Si(111)衬底上制备了不同配比的取向Zn1-xMgxO纳米线阵列. 用X射线衍射仪(XRD), 扫描电镜(SEM), 能量色散X射线分析(EDAX)及光致发光(PL)光谱分析仪对样品的晶体结构、形貌、成分组成和光致发光特性进行了分析. 用霍尔效应测量系统测试了不同配比样品的载流子浓度. 实验发现, 当Zn1-xMgxO纳米线阵列中Mg原子相对Zn原子摩尔比x值较小时(x<0.29), XRD衍射谱中只有ZnO晶体标准衍射峰, 没有MgO晶体衍射峰, 说明此时制备的Zn1-xMgxO纳米线样品晶格结构以ZnO纤锌矿结构为主, Mg原子只是作为替位或填隙原子分布在ZnO晶体中. 但当样品中x>0.53时, ZnO与MgO的特征衍射峰同时出现在样品的衍射谱图中, 说明随原料中Mg原子摩尔比的增加, 制备的Zn1-xMgxO纳米阵列样品中ZnO纤锌矿结构与MgO岩盐结构同时存在, 样品呈现多晶体结构形式. 实验还对比了制备的纯ZnO与不同配比的Zn1-xMgxO纳米线阵列的光致发光光谱和载流子浓度, 发现随Mg含量的增加, Zn1-xMgxO阵列紫光发光峰出现了较明显的蓝移现象, 同时, 测试结果也表明, 随Mg含量的增加, Zn1-xMgxO阵列的紫光和绿光峰发光强度都有所减弱, 样品的载流子浓度也随之下降. 文章对实验结果进行了分析和探讨.     

利用模板法制备Ag纳米线

利用阳极氧化铝（AAO）作为模板,制备出高定向的Ag纳米线．Ag纳米线的形貌由环境扫描电镜证实,并通过X-射线能谱（EDX）、X-射线粉末衍射谱（XRD）测试手段进行了表征．     

Ti,Cu和Zn掺杂AlN纳米片电磁性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的全势线性缀加平面波法(FP-LAPW)研究了过渡金属Ti,Cu,Zn掺杂Al N纳米片的电子结构、磁性和稳定性.结果表明,Ti,Cu,Zn单掺杂均表现出半金属铁磁性,磁性主要是由于杂质原子的3d态与近邻N原子的2p态的轨道杂化.形成能的计算结果表明Ti掺杂Al N体系相对Cu和Zn掺杂结构更稳定.因此,相比于Cu和Zn,Ti掺杂Al N纳米片更适合用来制作稀磁半导体.     

Bi2Te3/Sb超晶格纳米线的外延生长和热电测量

通过脉冲电沉积,外延生长出小单元长度的Bi₂Te₃/Sb超晶格纳米线.借助哈曼方法,测量了超晶格纳米线阵列的热电性能,330 K时的ZT值可达0.15.研究了Bi₂Te₃/Sb超晶格纳米线阵列器件的制冷或者加热能力,发现器件的上下表面的最大温差可以达到6.6 K.     

碳纳米管包裹的硅纳米线复合结构的热稳定性研究

采用经典分子动力学方法模拟一定直径[111]晶向的硅纳米线填充不同扶手椅型单壁碳纳米管复合结构的加热过程, 通过可视化和能量分析的方法判断复合结构中硅纳米线和碳纳米管的热稳定性. 通过讨论碳纳米管的空间限制作用和分子间相互作用力的关系, 对碳纳米管和硅纳米线的热稳定性变化进行初步解释. 研究发现碳纳米管中硅纳米线的热稳定性和碳纳米管的直径关系密切: 当管径较小时, 硅纳米线的热稳定性有所提高, 当管径增大到一定大小时, 硅纳米线的热稳定性会突然显著地下降, 直到硅纳米线与管壁不存在分子间相互作用力, 硅纳米线的热稳定性才会恢复. 而硅纳米线填充到碳纳米管中对碳纳米管的热稳定性有着明显的降低作用.     

片上制备横向结构ZnO纳米线阵列紫外探测器件

将纳米技术与传统的微电子工艺相结合, 片上制备了横向结构氧化锌(ZnO)纳米线阵列紫外探测器件, 纳米线由水热法直接自组织横向生长于叉指电极之间, 再除去斜向的多余纳米线, 其余工艺步骤与传统工艺相同. 分别尝试了铬(Cr)和金(Au)两种金属电极的器件结构: 由于Cr电极对其上纵向生长的纳米线有抑制作用, 导致横向生长纳米线长度可到达对侧电极, 光电响应方式为受表面氧离子吸附控制的光电导效应, 光电流大但增益低, 响应速度慢, 经二次电极加固, 纳米线根部与电极金属直接形成肖特基接触, 光电响应方式变为光伏效应, 增益和速度得到了极大改善; 由于Au电极对其上纵向生长的纳米线有催化作用, 导致溶质资源的竞争, 相同时间内横向生长的纳米线不能到达对侧, 而是交叉桥接, 但却形成了紫外光诱导的纳米线间势垒结高度调控机理, 得到的器件特性为最优, 在波长为365 nm的20 mW/cm²紫外光照下, 1 V电压时暗电流为10^-9 A, 光增益可达8×10⁵, 响应时间和恢复时间分别为1.1 s和1.3 s.