HF酸电解液浓度对TiO2纳米阵列结构的影响

TiO2纳米阵列(纳米管、纳米棒)结构具有良好的力学性能、化学稳定性以及抗腐蚀性能,在许多技术领域具有广阔的应用前景。采用阳极氧化法在工业纯钛片表面制备出高度有序的TiO2纳米管阵列和纳米棒阵列,研究了电解液浓度和阳极氧化时间对TiO2纳米阵列结构的影响,并对其形成机理进行了初步探讨。结果表明,低浓度的HF酸电解液有利于制备纳米管阵列,高浓度的HF酸电解液有利于制备纳米棒阵列。     

硅纳米管的制备及应用前景

自组生长的硅纳米管是在一定条件下由一个个原子自己搭建生成、内部排列有序的一种新型的一维纳米材料,它完全可以体现硅纳米管的真实特性,同时具备碳纳米材料和硅纳米线材料的性能,在传感器、晶体管、光电器等纳米器件及场发射显示屏等方面具有广泛的应用前景。作者采用全新的水热溶液生长法合成硅纳米管。这种硅纳米管是国际上第一次合成自组生成的硅纳米管,为将来制造纳米电子器件提供了继碳纳米管、硅纳米线后的又一种全新的纳米材料。     

硅纳米管的各种制备方法

硅纳米管作为一种新型一维纳米材料,因其独特的性质有望在纳米电子器件、锂离子电池、传感器、场效应晶体管、磁性纳米器件、储氢器、光电子器件、场发射显示器件和量子计算机等方面获得非常广泛的应用.虽然研究人员早已在实验室中制备出硅纳米管,但是目前关于硅纳米管的研究报道不多,特别是关于硅纳米管的各种制备方法和不同种类型硅纳米管表征的综述类报道非常少.本文综述了关于硅纳米管几种最新及典型的制备方法,同时分析了几种典型硅纳米管的表征.最后总结了关于硅纳米管各种制备方法的优缺点,并且提出了几种改善硅纳米管性能的方法及在未来的研究重点.通过对硅纳米管最新研究进展的介绍以及相关叙述,希望能对硅纳米管未来的研究和应用提供帮助.     

电解液性质对TiO2纳米管阵列形貌及生长机理的影响

采用电化学阳极氧化法在纯钛片表面制备出了结构整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 主要研究了电解液的性质、浓度以及氧化时间对TiO₂纳米管阵列形貌的影响, 并对不同电解液中TiO₂纳米管阵列的形成机理进行了初步探讨. 结果表明：在不同浓度的HF酸电解液中均可制备出规则、均匀的TiO₂纳米管阵列, 管径均匀, 表面平整, 但是纳米管的长度均较短, 约为300～350nm. 在高浓度HF电解液中, 同时获得了规则的纳米管阵列和纳米棒阵列. 在0.5wt% NaF和1mol/L Na₂SO₄中性电解液中也可以制备出表面光洁、排列整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 纳米管长度明显长于HF酸电解液中获得的纳米管阵列, 达到了700nm, 但是阵列的表面平整度较差. 在乙二醇+0.6wt% NH₄F+2vol% H₂O有机电解液体系中可以制得超长的TiO₂纳米管阵列, 管径在150nm左右, 管长可达6μm.     

镍基底上生长CNx纳米管薄膜的研究

以乙二胺为前驱液，采用高温热解法，860。C下在镍基底表面生长CNx纳米管薄膜．研究了经过不同实验条件处理过的镍基底表面的CNx纳米管的生长情况．实验结果表明，经过不同的预处理过程后，镍基底对CNx纳米管的生长表现出不同的催化性能，经过氢氟酸(HF)浸泡10min并无水乙醇超声清洗过的镍基底有利于具有“竹节状”结构的CNx纳米管的生长．     

一维硅锗纳米复合材料的制备及在场效应晶体管中的应用

一维硅锗纳米复合材料，主要包括硅锗纳米线异质结与纳米管，具有优异的电学、光学等性能，易与现代以硅为基础的微电子工业相兼容，所以在纳米器件等领域得到了广泛重视。总结了一维硅锗纳米复合材料的研究现状和相关的制备方法，重点评述了在纳米场效应晶体管中的应用，并对其研究前景做了展望。     

采用HF酸浸蚀沉降的方法从单晶硅切割废浆料中回收硅粉

采用HF酸浸蚀沉降的方法回收单晶硅切割废浆料中的硅粉。系统地研究了在回收硅粉过程中,HF酸的浓度,HF酸处理的时间,以及在HF酸浸蚀沉降处理前的超声震荡时间等实验条件对回收率和纯度等性能的影响因素。研究表明,在HF酸浓度为2%,HF酸处理时间24h,超声震荡时间60min的条件下,回收得到的粉体中硅的纯度可以达到82%(质量分数),且回收率可以达到62%的水平。通过此方法可以实现从切割废浆料中回收硅粉。     

V掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光催化研究

以钒钛合金为原料,应用阳极氧化法制备出高度致密、有序的V掺杂TiO2纳米管阵列。应用扫描电镜(SEM)和粉末X光衍射仪(XRD)表征分析纳米管阵列的形貌和结构,结果表明在浓度不同的HF电解液下制备出径向不同的纳米管阵列,电解液浓度(0.5%～1.5%(质量分数)),管径变化(39.7～72.7nm)。在室温、可见光照射条件下,以10mg/L的亚甲基蓝溶液为模拟污染物进行光催化降解试验,研究了其光催化性能。结果显示V掺杂TiO2纳米管阵列光催化性能优于纯TiO2纳米管,且在HF电解液浓度为1.0%(质量分数)时制备出来的TiO2纳米管光催化降解有机毒物性能最佳。     

阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备及场发射性能

采用阳极氧化法以HF水溶液为电解液制备二氧化钛(TiO2)纳米管阵列,用场致发射扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对纳米管阵列的表面形貌、断面结构及元素组成进行表征,并使用场发射测试系统测试其场发射性能,研究了HF水溶液的pH值对TiO2纳米管阵列形貌(管径及管长)的影响。结果表明:调节电解液的pH值可改变TiO2纳米管阵列的形貌,从而提高其场发射性能。当电解液pH值为2.0时TiO2纳米管阵列的场发射开启场强降为2.52 V/μm,且具有较好的电流稳定性。     

铝掺杂单壁扶手型(6,6)硅纳米管电子结构和光电性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了铝掺杂对单壁扶手型(6,6)硅纳米管电子结构和光电性质的影响。结果表明,本征态硅纳米管属于直接带隙半导体,其禁带宽度为0.42eV,而铝掺杂硅纳米管为间接带隙半导体,其禁带宽度为0.02eV。单壁扶手型(6,6)硅纳米管的价带顶主要由Si-3p态电子构成,而其导带底则主要由Si-3p态电子决定。同时通过铝掺杂,使硅纳米管的禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

硅纳米管的理论及制备研究进展

硅纳米管在晶体管等纳米电子器件、传感器、场发射显示器件、纳米磁性器件及光电器件、储氢及电化学等领域有着广阔的应用前景.综述了近年来硅纳米管在储氢能力、热稳定性、量子限制行为及力学性能等理论方面的研究成果,以及采用水热法、模板法、电化学溶液沉积过程、化学气相沉积法、热蒸发、电弧法及激光烧蚀等方法制备单晶、多晶及非晶硅纳米管的最新研究进展,并提出了硅纳米管可能的研究方向.     

一维Si纳米材料的研究进展

基于量子限域效应,一维Si纳米材料(硅纳米线等)具有体材料硅所不具备的特异的光学、电学、机械和化学性质,在纳光电子学领域具有潜在的应用价值.通过掺杂或与其它材料的复合,硅纳米线可以用于制作纳电子器件的关键组件,既能作为功能单元也能用于器件互连.综述了硅纳米线(硅纳米管)的制备方法、生长机制、性质及应用和近年来的研究新进展.     

交替刻蚀制备有序锯齿形硅纳米线阵列及其光学性能研究

采用金属催化化学刻蚀法(MCCE),以金属Ag为催化剂,在HF与H_2O_2体系中通过交替刻蚀在P(111)硅衬底上制备出锯齿形硅纳米线阵列。利用扫描电子显微镜对硅纳米线的形貌进行了表征,研究了HF浓度与H_2O_2浓度对纳米线刻蚀方向的调控作用。选取不同的HF与H_2O_2浓度配比,分别对硅基底各向同性刻蚀与各向异性刻蚀进行调控,使得刻蚀方向对溶液浓度的变化能够快速响应。在溶液Ⅰ([HF]=2.3mol/L,[H_2O_2]=0.4mol/L)与溶液Ⅱ([HF]=9.2mol/L,[H_2O_2]=0.04mol/L)中交替刻蚀,制备出刻蚀方向高度可控的大规模锯齿形硅纳米线。利用紫外-可见分光光度计对锯齿形硅纳米线的减反射性能进行研究,结果表明,其表现出优异的减反特性,最低反射率为5.9%。纳米线形貌的高度可控性使其在微电子器件领域也具有巨大的应用前景。     

硼碳氮纳米管制备方法的研究进展

三元化合物硼碳氮纳米管作为碳纳米管和氮化硼纳米管的衍生物,其禁带宽度主要取决于纳米管的成分,与手性和直径无关,且在0~5.5 eV范围内可调;另外,硼碳氮纳米管具有优良的电学性能、高硬度、高耐磨性及高温抗氧化等性质,使其在电子、光电子和纳米器件等领域具有广阔的应用前景。综述了硼碳氮纳米管制备方法的研究现状,并介绍了材料的生长机理、结构、性质和应用前景,简述了工艺条件对纳米管形成的影响,并对今后硼碳氮纳米管的研究方向提出了设想与展望。     

用AAO模板法制备硅纳米管

先用二步阳极氧化法制备纳米孔平均孔径约为100 nm的Al/Al_2O_3(AAO)模板,再以AAO为模板用溶胶-凝胶法合成管径约为60-80 nm的硅纳米管,并用扫描电镜和透射电镜观察了硅纳米管的形貌。结果表明,AAO模板的孔径分别随着二步阳极氧化法中电解温度、氧化电压、硫酸和草酸混酸浓度的增大而增大,硅纳米管的形成与硅烷溶胶的嵌入方法、凝胶形成时间和温度有较大的关系。     

交替刻蚀制备有序锯齿形硅纳米线阵列及其光学性能研究

采用金属催化化学刻蚀法(MCCE),以金属Ag为催化剂,在HF与H2O2体系中通过交替刻蚀在P(111)硅衬底上制备出锯齿形硅纳米线阵列.利用扫描电子显微镜对硅纳米线的形貌进行了表征,研究了HF浓度与H2O2浓度对纳米线刹蚀方向的调控作用.选取不同的HF与H2O2浓度配比,分别对硅基底各向同性刻蚀与各向异性刻蚀进行调控,使得刻蚀方向对溶液浓度的变化能够快速响应.在溶液Ⅰ([HF]=2.3 mol/L,[H2O2]=0.4 mol/L)与溶液Ⅱ([HF]=9.2 mol/L,[H2O2]=0.04 mol/L)中交替刻蚀,制备出刻蚀方向高度可控的大规模锯齿形硅纳米线.利用紫外-可见分光光度计对锯齿形硅纳米线的减反射性能进行研究,结果表明,其表现出优异的减反特性,最低反射率为5.9％.纳米线形貌的高度可控性使其在微电子器件领域也具有巨大的应用前景.     

热氧化多孔硅制备及其干涉特性研究

采用电化学阳极氧化法制备彩色薄层多孔硅,经高温热氧化处理后形成稳定的热氧化多孔硅.研究电化学制备条件对热氧化多孔硅的干涉效应和光学厚度的影响,分析热氧化处理前后多孔硅的稳定性.结果表明,在可见光波长范围内,所制备的热氧化多孔硅反射光谱出现一定规律性的干涉条纹,表现出明显的反射干涉现象;随阳极氧化时间、电流密度和HF浓度增大,热氧化多孔硅光学厚度呈增大趋势,当阳极氧化时间为30s、电流密度为520mA/cm2、v(HF):v(C2H5OH)为2:1～5:2时,制备的热氧化多孔硅干涉条纹均匀且光学厚度较大;热氧化处理后,多孔硅结构中的Si-Hx键被Si-O键所取代,其反射干涉特性非常稳定.     

晶粒取向及氧化电压对阳极氧化Ta_2O_5纳米管形貌的影响

以(110)和(111)取向单晶钽片为原材料在体积比为9:1的浓H_2SO_4和HF电解液中保持电压为30 V阳极氧化1 min制备Ta_2O_5纳米管。对比在(110)和(111)取向单晶上制备的Ta_2O_5纳米管的扫描电子显微镜(SEM)图像,研究晶粒取向对阳极氧化Ta_2O_5纳米管形貌的影响。在相同电解液体系下将两种不同取向单晶分别在电压为5 V、15 V、25 V、35 V的条件下氧化30 s,研究氧化电压对Ta_2O_5纳米管形貌的影响。研究结果表明:(111)取向更有利于Ta_2O_5纳米管的生长其管长约为6.28μm,Ta_2O_5纳米管的顶部抱团成簇纳米管外部粗糙似竹节;(1 10)取向制备的Ta_2O_5纳米管开口好外管壁光滑,管长约为3.71μm;Ta_2O_5纳米管的管长及管径与氧化电压呈正相关,且(111)单晶生长的Ta_2O_5纳米管管长及管径大于(110)单晶生长的纳米管。Ta_2O_5纳米管的生长具有取向相关性,主要受原子排列密度的影响,原子排列密度越大,其纳米管的生长速率越小,故Ta_2O_5纳米管管长越短,管径越小。     

碳锗掺杂对硅纳米管电子结构和光电性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了C/Ge掺杂对单壁扶手型硅纳米管电子结构和光电性质的影响。结果表明, 本征态和C/Ge掺杂的硅纳米管均属于直接带隙半导体, 其价带顶主要由Si-3p态电子构成, 而导带底则主要由Si-3p态电子决定。通过C掺杂, 可使硅纳米管的禁带宽度减小, 静态介电常数增大, 吸收光谱产生红移; 而通过Ge掺杂, 可使硅纳米管的禁带宽度增大, 静态介电常数减小, 吸收光谱产生蓝移。研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

一维硅纳米材料形貌的研究

一维硅纳米材料是重要的纳米电子器件材料,由于其形貌不同,导致的电学等特性也不相同,因此一维硅纳米材料的形貌是重要的研究内容之一.一维硅纳米结构包括纳米线、纳米带及纳米管等,同种一维硅纳米材料由于制备方法不同其形貌也不相同.评述了一维硅纳米材料的形貌及其制备方法.