碳纳米管和氧化物纳米线杂化材料的制备和性能研究.doc

碳纳米管和氧化物纳米线杂化材料的制备和性能研究
胡亚莉
（温州大学化学与材料工程学院）
【摘要】本文综述了以碳纳米管为模板合成氧化物纳米线的研究，包括纳米线的制备方法、生长机制及其相关光、热、磁、力等性能。重点评述了气相反应的气-液-固法（VLS），热蒸发法，激光烧蚀法，金属催化分子束外延法和液相反应的溶液法。最后对纳米线的应用前景作了简要介绍

【关键词】纳米线，碳纳米管，模板，制备，应用


PreparationandPropertiesOfcarbonnanotubesandoxidenanowireshybridmaterials
【Abstract】Thispaperriviewstheresearchofsynthesisofoxidenanowiresusingcarbonnanotubesastemplate,includingthemethods,growthmechanismandrelatedmagneticelectricalopticalproperties.Thereviewfocusesonthereactionofthegasvapor-liquid-solidmethod,thermalevaporation,laserablationandthemetalcatalyticmolecularbeamepitaxyas,wellastheresponseoftheliquidsolution.Finally,theprospectsoffutureapplicationisbrieflyintroduced
【keywords】nanowires,carbonnanotubes,template,preparationapplication

纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料,由于其独特的结构特性,使其在光学、电学、磁学、催化以及传感器等方面具有广阔的应用前景[1]。20世纪90年代以来,以新一代量子器件和纳米结构器件为背景的纳米结构设计和合成成为纳米材料研究的新热点,特别是纳米结构组装体系的研究更是吸引了国内外科学工作者[2]。纳米结构组装体系是利用物理和化学的方法人工地将纳米尺度的物质单元组装排列成一维、二维和三维的米结构体系[3]。其中一维或准一维纳米结构体系或纳米材料的研究,既是研究其他低维材料的基础,又与纳米电子器件及微型传感器密切相关,是近年来国内外研究的前沿。自从碳纳米管被发现以来，因其特殊的物理性能而被广泛研究。除了碳纳米管外，还有其他一些具有研究前景的材料比如纳米线。通过很好地控制其直径，晶格方向或是进行掺杂使其在合适激发下发光。这使得纳米线比碳纳米管的研究更吸引人。因此我们想通过以碳纳米管为模板合成出纳米线，使其在不会改变碳纳米管本来的电性能的基础上而具有一些更为优越的性能，扩大其应用范围。本文主要介绍几种制备纳米线的方法[4]并简要介绍其一些应用。
1.VLS法(Vapor-liquid-solid)
在所有气相方法中，VLS法应该说是批量制备单晶纳米线最成功的方法，首先是由R.s.Wagner和W.C.Ellis在1964年制备微米尺寸晶须时提出的[5]。后来又被Lieber和杨培东等小组重新检验来制备各种无机材料的纳米线和纳米棒。我们以制备Si纳米线为例说明VLS机制[6]。目前,作为制备Si纳米线的主流工艺应首推采用金属催化的VLS生长技术。这种方法的主要工艺步骤是,首先在Si衬底表面上利用溅射或蒸发等工艺,沉积一薄层具有催化作用的金属(例如Au、Fe、Ni、Ga或Al等),然后进行升温加热,利用金属与Si衬底的共晶作用形成合金液滴。该液滴的直径和分布与金属的自身性质、衬底温度和金属层厚直接相关。此后,通过含Si的源气体(例如SiH4、Si2H6、SiCl4等)的气相输运或固体靶的热蒸发,使参与Si纳米线生长的原子在液滴处凝聚成核。当这些原子数量超过液相中的平衡浓度以后,结晶便会在合金液滴的下部析出,并最终生长成纳米线,而合金则留在其顶部。也就是说,须状的结晶是从衬底表面延伸,并按一定方向形成具有一定形状、直径和长度的Si纳米线。采用金属催化的VLS生长机制合成Si纳米线的主要优点是工艺简单,只要合理控制催化作用的金属层厚、合金液滴的尺寸以及纳米线生长条件,便可以制备直径细达～20nm和长度为数微米的Si纳米线。并根据相图选择合适的金属催化剂与固体材料作用。这种方法的主要不足是,由于金属催化剂的采用会对纳米线的生长造成一定程度的污染，可能会改变其性能。
2.热蒸发法（Thermalevaporation）
气相热蒸发法制备金属氧化物纳米线/棒主要是在一定气流的条件下,加热目标金属粉末,使其与氧发生反应,根据反应机理的不同氧的获得有