氧化锡纳米针生长机理的研究玻璃磨边机
2022-06-28 19:30:43 科维五金网
氧化锡纳米针生长机理的研究
氧化锡纳米针生长机理的研究 2012 近年来，一维氧化锡纳米结构由于具有不同于体材料的特殊性质在纳米器件中的奇妙应用引起了人们极大关注。比如说，他们不但会在一维限域领域成为电和热的传导系统，并且这些纳米结构有望在纳米电子、光电子和敏感器件等设备中起到重要作用。因此为子大量获得这些纳米结构，世界各国研究人员开发子多种制各一维氧化锡纳米结构的工艺如热蒸发、热分解、激光烧蚀和化学溶液法等。在上述方法中热蒸发法最为简单、有效。到目前为止，采用热蒸发法各种氧化锡纳米结构包括：纳米线、纳米带、纳米管等被成功的装配。在这些已报道的纳米结构制各中，常用的催化层为金纳米层，生长遵循常规的催化辅助的气液吲机理。本文详细研究子催化层厚度和温度对氧化锡纳米结构和形貌的影响，通过控制生长参数制各子针状氧化锡纳米结构。1 试验 氧化锡纳米结构的制各是在水平管式炉中进行的，实验中用的蒸发源是高纯的Sn(99．99％)粒，生长衬底为硅片。管式炉的最高加热温度可以达到l300℃，加热系统可以通过程序控制升温速率、降温时间和加热温度。石英管用作反应室，管的胁端有不锈钢法兰和O型橡胶圈密封，反应气体和保护气体从石英管的一端进入，气体排除的。端与机械泵相连，针阀和精密气体质量流量计分别控制腔体雎力和反应中气体的流量。本试验中氩气的流速为l00 cm3／min；腔体的加热速率为30°C／min；当管式炉温达到900°C时氧气以lSCCM的流速引入到反应腔体中，保温2 h，系统自然冷却至室温。2结果和讨论 当把陶瓷舟从石英管中慢慢拉出来时，发现溅射有金膜(厚20 nm)的硅衬底上均匀布满子青灰色物质。反应中硅片与蒸发源的距离为4 cm，反应结束发现陶瓷舟内未蒸发原料锡粒上面覆盖一层白色物质。用扫捕电镜(Hitachi—s3000N)观察了生长在硅片上样品的微观形貌。如图l所示，观察到整个硅片上均匀长满子氧化锡纳米针，针尖宽度为l0～30mm不等，针状品须长度7～lOμm之间，没有观察到针尖的端部有球状颗粒存在。图2给出的是所制各品的X—Ray衍射(XRD)谱，所有的衍射峰都对应金红石结构的氧化锡。经计算，对应的品格常数为：a=b=0．443 nm，c=0．372 nm，和氧化锡的体材料的品格常数吻合的很好。XRD谱中没有发现金属锡和其它杂质的衍射峰，这说明合成的样品纯度较高。 低倍照片中没有观察到常规VLS(vapor-liquid-solid)模式生长时所特有的合金纳米颗粒。合成样品的成份用安装在透射电镜上的能量散射谱(energy dispersive spectra，E D S)来分析。EDS谱如图3所示，结果表明，除铜峰来自于支撑样品的铜网外，所合成的产物仅含锡和氧，Sn：0的原子比接近l：2，进一步证实子制各的样品为金红石结构的氧化锡。 对于一维纳米结构的生长，目前有两个普遍接受的生长模式即VLS(vapor-liquid-solid)ES]和VS(vapor-solid)生长机理。VLS生长模式中纳米金作为催化剂普遍采用，其生长模式的很好证据之。是生长的纳米结构端部可以观察到球状合金颗粒的存在。然而在生长衬底温度900℃金膜厚度为20mm的生长试验中，从SEM和TEM都没有观察到催化合金颗粒的存在，暗示子其生长模式并不遵循顶端催化生长模式，所以认为其生长要么遵循的是气固模式要么是底端催化生长的模式 为了确认氧化锡纳米针的生长是否属于催化生长机制，我们做了两组对比实验。试验中采用与前面生长氧化锡纳米针相似的工艺步骤，不同的是两个试验样片硅片衬底都溅射子2 nm的金膜，把生长温度在850℃的称作A样品，生长温度在900℃的称作8样品。合成的样品A的扫捕电镜照片展示在图4(a)，合成的样品B的扫捕电镜照片展示在图4(b)，图 4(c)为(b)图相应的局部放大扫捕电镜照片。从图上观察可以看出生长衬底温度和金膜厚度都对氧化锡纳米结构的生长有重要的影响。仔细观察会发现图4(c)中氧化锡纳米针有明显片状生长的痕迹。观察图4(a)可以发现所有生长的氧化锡纳米针的端部都有球状的颗粒，暗示子衬底温度850℃氧化锡纳米针生长遵循的是传统的VLS模式(即tip-growth VLSmechanism)；然而900℃生长的样品B的低倍和相应高倍扫捕电镜照片都没有观察到球状合金颗粒存在。近来Kimetal等在制各氧化镁纳米结构时观察到了相同的现象刚底端催化和气固联合模式控制氧化镁纳米线生长。在VLS生长模式中，催化薄膜临界厚度随衬底温度升高会略有增加，在我们的特定实验中考虑到较厚的催化层金膜，850℃～900℃可能是氧化锡纳米针的催化临界点。研究认为超过该临界点氧化锡纳米结构生长便主要被VS生长模式所控制。然而由于氧化锡纳米结构生长过程自身的复杂性，确切的生长模式尚需要更多的SEM和TEM证实