准一维纳米材料.doc

准一维纳米材料 准一维纳米结构是指在三维空间内有两维尺寸处于纳米量级的纳 米结构，长度上为宏观尺度的新型材料,是纳米科学研究中较为活跃 的前沿领域之一。i维纳米材料包括纳米管、纳米棒、金属及半导体 纳米线、同轴纳米电缆、纳米带等。下面简单介绍一下概念[1 ]: 纳米纤维(nanofiber):细长形状，其长径比2 10，包括纳米丝 (nanofllament),纳米线(nanowire)和纳米晶须(nanowhisker);纳米晶 须(nanowhisker):特指单晶纳米纤维;纳米线(nanowire):意义及用法类 似于纳米纤维，但实际上有指电输运的意味；纳米电缆(nanocable)以 及同轴纳米线(coaxial nanowire Pcore^shell nano wire):纳米线外包覆 有一层或多层不同结构物质的纳米结构;纳米棒(nanorod):细棒状结 构，一般长径比W10 ;纳米管(nanotube):细长形状并具有空心结构，即 细管状结构;纳米带(nanobelt Pnanoribbon):细长条带状纳米结构，长 宽比$10 , 一般宽厚比$3。已兼有两维特征，即在宽度方向已有一定 的尺度。[1 ] H. Hofmeister, Twinning and multiple twin formation in the growth ofmetal and semiconductor nanorods | R | ? A academic report, Hefei,China , Oct. 2003. 准一维纳米材料是研究电子传输行为、光学特性和力学机械性能等物 理性质的尺寸和维度效应的理想系统。它们将在构筑纳米电子和光电 子器件等集成电路和功能性元件的进程中充当非常重要的角色。在过 去的几年里,有关准一维纳米结构合成方面的论文在纳米结构合成中 占据了绝对的多数,人们正在努力将大多数固态物质都生长成准一维 纳米结构。 早在1970年法国科学家就首次研制出直径为7 nm的碳纤维。1991 年日本用高分辨电子显微镜发现了碳纳米管[2 ][2 ] lijima S. Helical microtubes of graphitic carbon [J ]? Nature? 1991 ,354 :56?。2001年，由于准一维纳米材料研究的杰出成就，特 别是将其组装成了电路,这使得人们看到了一个崭新的世界 纳米电子学正在诞生《Science》杂志将其列为当年的重大科学突破 [3 ][3] R.F. Service [J ]. Science, 2001,294 : 2442?2443. o 2002 年,Appell在《Nature》杂志上撰文写道[4 ]:“纳米线、纳米棒亦 或称之为纳米晶须，不管人们怎么称呼它们，它们都是纳米技术中最 热门的研究对象/由于准一维纳米结构在微电子等领域的特殊地位, 毫不夸张地说，当今准一维纳米材料已经成为了纳米材料研究中最热 门的领域。[4] D. Appell. [J ] ? Nature , 2002,419: 553-555. 1 准一维纳米材料的制备策略 一般来说,准一维纳米结构的合成要通过促进固态结构沿着一维方 向的结晶凝固。准一维纳米材料的制备方法按照其策略归纳起来大致 有下列六个方而（见图1[5] ） : （a）固体各向异性的晶体学结构所决 定的定向生长；（b）引入一个液-固界面来减少籽晶的对称性，如在 VLS生长机制中的液滴所产生的限域；（c）应用各种具有一维形貌 的模板来引导一维纳米结构的形成；（d）应用合适的包敷剂来动力 学地控制籽晶的不同小平面的生长速率；（e）零维纳米结构的自组 装；（f）减小一维微结构的尺寸。最常用的是前五种。[5] Y. Xia ,P. et al. [J ] . Adv. Mater, 2003 , 15 : 353-389. 氏■! 耳 J 图1 能够获得一维生长的六种不同策略的示意图：（a）固体各向 异性的晶体学结构所决定的定向生长，（b）象在VLS生长机制中的 液滴所产生的限域，（c）通过使用模板产生的导向作用，（d）由某种 包敷剂所提供的动力学控制，（e）零维纳米结构的自组装，（f）减小 一维微结构的尺寸。 2准一维纳米材料的制备方法 气相法 在合成一维纳米结构（如纳米晶须、纳米棒和纳米线等）吋，气相合成 可能是用得最多的方法。气相法中的主要机制有：气2液2固 （Vapor2Liqiud2Solid，简称VLS）生长机制、气2固（Vapor2Solid , 简称VS）生长机制。 3. 1. 1 ULS机制 在所有的气相方法中，应用VLS机制的许多 方法在制备大量单晶准一维纳米结构中应该说是最成功的。VLS机制 要求必须有催化剂的存