均匀自支撑的二氧化钒纳米线的水热合成及相变特性研究（英文）

二氧化钒(VO_2)在接近室温时发生由半导体态向金属态的Mott相变,在智能窗和红外自适应伪装技术领域具有一定的应用前景。采用一种新颖的水热法制备了均匀自支撑的VO_2纳米线。合成的纳米线的直径为150±30 nm,长度达到几十微米。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、高分辨透射电镜和选取电子衍射等手段验证了高纯单斜相VO_2纳米线的成功制备。而且,VO_2纳米线的可逆相变性能采用差示量热扫描、变温XRD和变温Raman光谱进行了探究。结果表明:VO_2纳米线升温相变点为65.2℃,磁滞回线宽度窄至6.5℃,具有良好的可逆相变性。这些为VO_2纳米线的金属-半导体相变研究提供基础。     

快速热处理温度对纳米结构二氧化钒薄膜相变特性的影响

采用射频磁控溅射方法在单晶硅基底表面制备了单一相纳米结构二氧化钒(VO_2)薄膜,相变幅度超过2个量级;利用快速热处理设备对VO_2薄膜进行热处理,研究氮气氛下快速热处理温度对VO_2相变特性的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、高精度透射电子显微镜和四探针测试仪对热处理前后薄膜的结晶结构、表面形貌和电学相变特性分别进行了测试。实验结果表明,快速热处理状态下,温度为300℃时,VO_2薄膜的电阻相变幅度由200倍增加到277倍,但是当温度超过350℃后,相变性能迅速变差,相变幅度由2个量级下降为小于1个量级,当温度超过500℃时,相变特性消失;热处理温度升高的过程中,单斜VO_2(011)结晶结构逐渐消失,薄膜的成分转变为V4O7;快速热处理过程中薄膜内的颗粒尺寸保持不变。研究结果将有助于增强对VO_2薄膜在温度差异大、变化速度快环境中的特性进行分析与应用。     

二氧化钒粉末的合成技术

迄今为止VO2一共有6种晶型,包括VO2(A),MO2(B),MO2(C),VO2(M)和VO2(R)等.尽管目前发展了众多不同的技术方法制备VO2薄膜,但是很少有制备VO2超细粉末的简便方法.本文结合作者的研究工作,综述了二氧化钒粉末的合成技术,如传统的固相方法、热解法、软化学方法、水热法、溶胶-凝胶法和激光诱导气相沉积法等,比较了各种技术的优缺点并提出了将来有关合成技术可能的研究方向.     

二氧化钒粉末的合成技术

迄今为止VO2一共有6种晶型,包括VO2(A),MO2(B),MO2(C),VO2(M)和VO2(R)等.尽管目前发展了众多不同的技术方法制备VO2薄膜,但是很少有制备VO2超细粉末的简便方法.本文结合作者的研究工作,综述了二氧化钒粉末的合成技术,如:传统的固相方法、热解法、软化学方法、水热法、溶胶-凝胶法和激光诱导气相沉积法等,比较了各种技术的优缺点并提出了将来有关合成技术可能的研究方向.     

掺Mo纳米VO2粉体的相变特性研究

采用一种制备掺杂纳米VO2粉体的新方法获得掺Mo纳米V02粉体。用XRD，TEM，XPS手段对掺杂纳米VO2的结构进行了表征，并研究了掺杂V02的相变特性。结果表明，所制备的纳米VO2的尺寸约为26nm，形貌呈近球形。掺入的Mo以Mo^＋6的形式存在于VO2的晶格中，形成V1-x，MoxO2固溶体。掺杂纳米VO2粉体的电阻随温度的变化具有明显的开关特性。随掺入Mo含量的增加，VO2的相变温度呈线性下降，在6％MoO3的掺入量时，相变温度降为45℃。     

掺钼对二氧化钒薄膜热致变色特性的影响

通过溶胶-凝胶和真空热处理工艺在石英基底上制备出不同掺Mo量的二氧化钒薄膜。对薄膜进行了X射线衍射及热分析,并测试了其电阻及7.5~14μm波段红外热图随温度的变化,研究了Mo掺杂对二氧化钒薄膜热致变色性能的影响。结果表明,Mo进入VO2晶格,替换了部分V的位置;随着掺Mo量的不断增加,相变温度不断降低,但电阻突变量级比未掺杂时有所减小;掺Mo量(MoO3:V2O5,下同)为5%时,相变温度可降至45℃左右;红外热图分析表明,Mo掺杂VO2薄膜的7.5~14μm波段发射率可在较低温度下突变降低,薄膜在温度增加时可在较低温度水平上主动控制自身辐射强度、降低其辐射温度。     

一种二氧化钒膜的新的生长模式

采用直流反应磁控溅射法,在Si(100)基片表面沉积厚度为1000nm的二氧化钒膜。利用X射线衍射(XRD)仪和扫描电镜(SEM)分析膜的晶相和形貌,观察到二氧化钒膜的一种新的生长模式。X射线衍射分析表明生成的膜为典型的多晶二氧化钒膜,其(200)晶面衍射峰较强。扫描电镜(SEM)分析表明,随着膜厚的增加,膜表面晶粒增大,膜表面的晶粒呈现出独特的纺锤状或棒状;膜具有明显的柱状生长特征,在膜厚380nm以上时,柱状晶生长速率快速提高。样品的阻温特性分析表明,生成的二氧化钒膜具有典型的金属-半导体相变特征。     

碳化钒有序-无序相变的热力学研究

本文分析了碳化钒由无序相转变为有序相转变的热力学问题,建立了基于碳化钒中不同类型键相互作用与熵值和自由能的函数关系,求解了碳化钒由无序相转变为有序相转变后碳原子和空位的有序度,结合粉末的DSC的测定曲线和XRD衍射分析表明:在T=1 515 K时,碳化钒粉末存在有序-无序相变,其具有一阶相变特征,有序度将由0.23突变为0。     

六方相氧化钨纳米线的制备及氨敏特性

采用简易水热法制备直径为10～20 nm、长几百纳米至几微米的六方相氧化钨纳米线,比表面积高达130.69 m~2/g.将该纳米线采用丝网印刷法制备成敏感膜,经350 ℃烧结1 h后测试其氨敏性能并分析其敏感机制.结果表明:在200～350 ℃的温度范围内,该敏感膜对低浓度氨气(1～100) μL/L具有较高的灵敏度(R_(air)/R_(NH_3)=4.0～18.8)、良好的重复性和很好的稳定性;对同一浓度的氨气,随测试温度的升高其灵敏度不断增大;在同一温度下,灵敏度随氨气浓度的增加基本上呈线性不断增大.     

钒氧化物薄膜的溅射法制备及电学性质研究

目的通过真空镀膜工艺,获得电学性能优良的钒氧化物薄膜。方法采用直流反应磁控溅射法,通过改变镀膜时部分实验条件,包括沉积气氛中氧含量、衬底温度以及衬底材质,进而控制薄膜组成成分。利用椭偏仪、XRD和变温四探针仪检测所镀钒氧化物薄膜的厚度、晶体结构及电学性能。结果衬底温度在350~400℃之间,镀膜室氧气含量在40%~50%之间时,反应溅射所得的钒氧化物薄膜具有较高的温度敏感性,此外得益于(0001)面的α-Al_2O_3与VO_2有相近的晶格参数,在此衬底上沉积出的钒氧化物薄膜电阻在30~100℃区间内有一个数量级的线性变化。结论确定了最佳的钒氧化物薄膜镀制条件范围,同时发现蓝宝石衬底相比于硅片和玻璃片更适合外延生长VO_2薄膜。按此种方法所得样品具有优良的电学性能,可以应用到热敏电阻等研究领域当中。     

水热法制备掺Mn的ZnS纳米线及其磁学性能

采用水热法在低温下制备了MnxZn1-xS纳米线.MnxZn1-xS纳米线的形貌和微观结构用透射电子显微镜和X射线衍射仪进行表征.磁性能用振动样品磁强计进行测试.MnxZn1-xS的形貌取决于Mn的含量和在ZnS纳米粒子内外的分布.未掺杂Mn的ZnS纳米线的直径和长度分别为80～200nm和10～20μm.随着Mn含量的增加,MnxZn1-xS纳米线的平均直径逐渐增加,长径比不断减小.X射线衍射结果表明MnxZn1-xS纳米结构结晶性好,为六方纤锌矿结构.在Mn的掺杂量为0.25%时,矫顽力达到最大.随着Mn掺杂量的增加,饱和磁化强度也不断非线性增强.     

氧化锌纳米线束合成及发光性质的研究

利用水合醋酸锌粉作为锌源，十二烷基苯磺酸钠（DBS）作表面活性剂，通过改进的微乳液法，在较低温度下制备出形貌均一的ZnO纳米线束。对样品进行了XRD图谱、扫描电镜（TEM）、透射电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、选区电子衍射像（SAED）和光致发光（PL）性能研究。该线束由直径约为30-50nm，长度约为1．5～2．5／μm的ZnO纳米线定向聚集组成，其中，纳米线为六方纤锌矿结构的ZnO单晶纳米线，并且沿（002）晶面生长。其激发发射光谱显示样品存在两个发射带：近紫外发射峰（386nm）和一个黄绿光的发光区，紫外半峰宽约为20nm，纳米线的尺寸和形貌对光谱峰宽和谱峰位置有一定影响。     

水热法合成和表征有序排列BiFeO3纳米线

以硝酸铋和氯化铁为原料，NaOH为矿化剂，水热条件下制备了有序排列BiFeO3纳米线。利用透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）和X射线衍射仪（XRD）对样品进行了表征。研究了矿化剂浓度和反应温度对产物结构和形貌的影响，结果表明在160-180℃制备了有序排列的BiFe03纳米线，纳米线的直径为50～100nm，长为200-500nm。     

Mg掺杂对MgZnO纳米线带隙和结构的调节

采用第一性原理对Mg掺杂的不同尺寸MgZnO合金纳米线的晶体结构、分布行为、电子结构和波函数进行了计算和分析.研究表明,Mg在合金纳米线中偏向均匀分布并且Mg能有效地在较大范围内线性调节纳米线的带隙.此外,通过计算结合能得到MgxZn1-xO纳米线从纤锌矿结构到岩盐矿结构的相变点在x=0.65,和实验上薄膜的转变点(0.62)很接近.     

共溅射氧化法制备掺钼VO_2及其相变特性

采用共溅射氧化法,在普通玻璃衬底上室温直流溅射沉积钒钼金属薄膜,再在大气环境下经热氧化处理获得掺钼VO2薄膜。通过XRD、SEM、热致相变电学特性等分析,研究制备工艺及掺杂改性对掺钼VO2薄膜的微结构、形貌、热滞回线和相变温度的影响。实验与分析结果表明,与相同厚度的纯VO2薄膜相比,钼掺杂显著改变了VO2薄膜的表面形貌特征,掺钼VO2薄膜呈多晶态且沿VO2(002)择优取向生长,结晶性和取向性明显提高,薄膜的相变温度降低至38℃,热滞回线宽度收窄约至8℃。低温共溅射氧化法制备的掺钼VO2薄膜的热阻效应明显,薄膜的金属-半导体相变特性良好。     

纳米碲化铋化合物的溶剂热合成与热电性能

采用溶剂热法合成纳米结构碲化铋化合物,初始原料为氯化铋、亚碲酸钠、氢氧化钠、表面活性剂EDTA二钠,以及还原剂硼氢化钠。将初始原料的混合水溶液经过不同的预处理,在453 K热处理后得到黑色粉末产物,用水和乙醇多次洗涤、真空干燥后,得到形貌各异的纳米碲化铋化合物粉体。粉体的形貌与合成过程和表面活性剂有关,论文对三者的相互关系和影响机理进行了分析和探讨。所得纳米碲化铋粉体经SPS烧结制备成块体,其综合热电性能优于商用碲化铋块体材料,300 K时的ZT值为0.958。     

溶胶-凝胶辅助水热法制备硼掺杂纳米VO2粉体

采用溶胶-凝胶辅助水热法制备了硼掺杂纳米二氧化钒(VO_2)粉体,探究了双氧水(H_2O_2)浓度、水热时间、退火温度、不同硼掺杂剂、硼掺杂量等工艺参数对合成硼掺杂纳米VO_2(M)粉体的影响,并采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、电感耦合等离子体光谱仪(ICP)、场发射扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)对硼掺杂纳米VO_2粉体的结构、形貌和相变特性进行了表征。结果表明:H2O_2浓度为15%,水热时间为72 h,退火温度为600℃,硼掺杂剂为硼酸、硼掺杂量≤10 at%为较优合成工艺条件;所制备出的硼掺杂纳米VO_2粉体尺寸约为100nm,形貌呈珊瑚状;硼原子成功替代了VO_2(M)晶格中的钒原子,当实际掺杂量为0.6 at%时,相变温度降低7.2℃。