（凝聚态物理专业论文）一维zno、tio2纳米阵列制备、修饰及其性能研究.pdf

博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e r i ：蜘o n d i s s e r t a t i o n o n e d i m e n s i o n a lz n o ，t i 0 2n a n o s t r u c t u r e a r r a y s ：s y n t h e s i s ，m o d i f i c a t i o n s ， p r o p e r t i e s ，a n da p p l i c a t i o n s b y a n z h e n gh u s u p e r v i s o r ：p r o f x i n t a n gh u a n g s p e c i a l t y ：c o n d e n s e dm a t t e rp h y s i c s r e s e a r c ha r e a ：t h es y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o n o fn a n o m a t e r i a l s c o l l e g eo fp h y s i c a ls c i e n c e & t e c h n o l o g y c e n t r a lc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y m a y , 2 0 1 1 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e 趸脚o n 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：o 稠鼋占 j 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师 范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同意华中师范大学可以用不同方式在不同媒 体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 作者签名：以1 乏分 导师签名： 允许北京万方数据电子出版社出版的中国学位论文全文数据库将本人论文 以电子、网络、镜像及其他数字媒体形式公开出版。 作者签各叫主占 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权 作者签名： 日期：l i 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e r t a t l o n 摘要 作为一维半导体纳米结构家族中优秀的两位成员( 一维z n o 和t i 0 2 阵列) ，因其非凡的 光、电、磁以及价廉、无毒、高活性等特点，不仅在光电转换、光伏电池、锂电池和光催化降 解污染物等领域成为人们关注的焦点，而且在电致变色、电致发光、微电子装置、传感器以及 吸波等领域也有着潜在的应用价值。然而，从已报道的文献资料来看，能够制备形貌、取向、 比表面、尺寸以及疏密度都可控的z n o 和t i 0 2 纳米结构阵列的方法大多是在实验条件和工艺 过程高要求的情况下进行的。并且，大部分只能合成面积较小的纳米阵列。因此，亟待攻关的 研究课题主要集中在：寻找简易、便利且低能耗的制备技术合成结构优越、表面积更大的一 维纳米结构阵列；探究它们生长机制以及它们的光电转换、光伏电池和电致变色等方面的性 能；构筑理想的电极并进行开发与应用。本论文采用简便的方法在柔软、透明的导电基底上 大面积生长出z n 0 纳米棒阵列，并研究了它们的机理和电致变色性能；合成了具有更大管间隙 的t i 0 2 纳米管阵列，并以此为骨架制备出p 2 5 包覆和生长t i 0 2 纳米棒的t i 0 2 纳米管阵列。探 究了它们的生长机制，重点对所获得几种阵列样品的光电转换、u v v i s 吸收光谱以及染料敏化 太阳能电池等性能进行了测试和对比分析。主要研究内容如下： 1 利用预制各种晶和低温水热生长两步法，在柔软、透明的i t o p e t 导电基底上大面积合 成了均一性好、疏密度和粘附性可控的z n 0 纳米棒阵列，解决了无法直接在柔软透明基底上生 长z n 0 纳米阵列问题。柔软塑料膜不耐高温，但使用低温生长条件，使得在其上合成z n 0 纳米 棒阵列成为可能。实验中，对各种影响因素进行了系统研究，重点研究了对阵列的疏密度和阵 列对基底粘附性的可控制备。对可能的生长机理和动力学过程也进行了探讨。 2 将所获得的z n 0 纳米棒阵列作为工作电极，研究了其电致变色性能。主要包括，首先探 究了不同疏密度和占空比的阵列电极对变色染料的吸附性能。然后，对不同电极材料进行了电 致变色性能测试，并且对获得的着色，退色和循环伏安特色曲线及相关实验数据进行了分析与讨 论。得到结论，染料吸附效果最好的z n o 纳米棒阵列电极的变色效果、均一性和透光性最好， 并呈现出最佳的氧化还原峰。 3 发展了一种在阳极氧化电解质溶液中添加二甲亚砜等有机溶剂的办法，成功合成了大管 径和管间距、长管长并且表面粗糙的t i 0 2 纳米管阵列( g t s ) 。与传统阳极氧化法合成的t i 0 2 纳米管阵列( t n a s ) 相比，g t s 最人优点是能够提供足够大的间隙空间及粗糙的表面进行再修 饰，以便更好地吸附各种染料、获得更好的光伏性能。并且进行了表征和机理研究。 4 利用普通的水浴锅和高压釜装置设计了两种新的工艺方法。以上述大管间隙的g t s 为骨 架，成功合成了两种分层次、同质修饰纳米结构阵列：p 2 5 包覆的t i 0 2 纳米管阵列( p c t s ) 和 生长t i 0 2 纳米棒的t i 0 2 纳米管阵列( b t s ) 。并探讨了制备过程中的各种影响因素和可能的合 成机理。另外，通过对b t s 、p c t s 的形貌和物相表征，发现b t s 、p c t s 中的g t s 骨架是锐钛 i 博士学位论文 d o c t o l a ld i s s e r t a t l o n 矿相，b t s 是由以g t s 为主的锐钛矿和生长在其上的金红石晶相的t i 0 2 纳米棒组成的多晶结构； p c t s 则是由以g t s 和p 2 5 颗粒组成的多晶结构。 5 以四种新合成的纳米阵列为电极材料，对它们的光电转换、u v v i s 吸收光谱以及染料 敏化太阳能电池等性能进行了测试和对比分析。讨论结果发现，与t n a s 测试结果相比，大管 间隙、长管长g t s 和经修饰后表面积更大、更粗糙的b t s 和p 2 5 的光电流密度、光电转换效率 都有了较大的提高( b t s 相对最高) ，并且它们的光谱吸收边带和峰值也都有较大改善，即光 吸收效率有较大提高。 u 关键词：一维纳米结构；z n o 纳米棒阵列；柔软基底；电致变色；t i 0 2 阵列；修饰；光电 性能 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e r t 枷o n a b s t r a c t o w i n gt oi t s c h a r a c t e r i s t i c so fb e i n gr e m a r k a b l yo p t i c a l ，e l e c t r i c a l ，m a g n e t i c ，i n e x p e n s i v e ， n o n - t o x i ca n dh i g ha c t i v e ，e r e ，t w of a m i l ym e m b e r so fo n e - d i m e n s i o n a la r r a y so fs e m i c o n d u c t o r n a n o s t r u c t u r e s ( o n e - d i m e n s i o n a lz n oa n dt i 0 2 ) ，a r en o to n l yt h ef o c u so fa t t e n t i o ni nt h er e s e a r c h a r e a so fe n e r g yc o n v e r s i o n , p h o t o v o l t a i cc e l l s ，l i t h i u mb a t t e r i e sa n dp h o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i o no f p o l l u t a n t s ，e t c ，b u ta l s ot h e yh a v et h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o n s i nt h ef i e l d so fe l e c t r o c h r o m i c ， e l e c t r o l u m i n e s c e n t d i s p l a y s ，m i c r o e l e c t r o n i cd e v i c e s ，s e n s o r sa n da b s o r b i n ga n do t h e rf i e l d s h o w e v e r , a c c o r d i n gt ot h er e l a t i v el i t e r a t u r e ，t h ep r e p a r a t i o n so fz n oa n dt i 0 2n a n o s t r u e t u r ea r r a y s w i t hc o n t r o l l a b l es h a p e ，o r i e n t a t i o n ，s u r f a c ea r e a , s i z ea n dd e n s i t ya r em o s t l yc o n d u c t e du n d e rt h e c o n d i t i o n sw i t hh a r s he x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sa n dp r o c e s sr e q u i r e m e n t s ，a n dm o s to ft h e mc o u l do n l y b es y n t h e s i z e di n t os m a l l e rn a n o - a r r a y s t h u s ，t h ef u t u r er e s e a r c ht o p i c sf o c u so nt h ef o l l o w i n gt h r e e a s p e c t s ：l o o k i n g f o r s i m p l e ，c o n v e n i e n ta n dl o w - p o w e rp r e p a r a t i o np r o c e s st os y n t h e s i z e o n e d i m e n s i o n a la r r a y so fn a n o s t r u c t u r ew i t hb e t t e rs t n j c t u r ea n dl a r g e rs u r f a c ea r e a ；s t u d y i n g t h e i rg r o w t hm e c h a n i s ma n dt h ep e r f o r m a n c e si nt h e i rp h o t o e l e c t r i cc o n v e r s i o n , p h o t o v o l t a i cc e l l s a n de l e c t r oc h r o m i cf i e l d , e t c ；b u i l d i n gi d e a le l e c t r o d e sw i t ht h e i rd e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o n s i nt h i sp a p e r , w er e p o r tf o rt h ef i r s tt i m et h el a r g e - s c a l ed e n s i t y - a n da d h e s i o n - c o n t r o l l e dz n o n a n o r o da r r a y s ( n r 5 ) g r o w no nf l e x i b l ea n dt r a n s p a r e n ti t o p e ts u b s t r a t e sb ys i m p l em e t h o d sa n d t h e i rm e c h a n i s ma n de l e c t r o c h r o m i cp r o p e r t i e sa r es t u d i e da sw e l l b e s i d e s ，t i 0 2n a n o t u b ea r r a y s w i t hl a r g e rt u b ec l e a r a n c ea r es y n t h e s i z e d , a n du s e da sas k e l e t o n , t w on o v e lh i e r a r c h i c a l h o m o g e n e o u sn a n o a r c h i t e c t u r e so ft i 0 2n a n o r o d sb r a n c h e dt i 0 2n a n o t u b ea r r a y s ( b t s ) a n d p 2 5 - c o a t e dt i 0 2n a n o t u b ea r r a y s ( p c t s ) w e r es y n t h e s i z e db yt w o s t e pm e t h o d t h eg r o w t h m e c h a n i s m so ft h en e wn a n o s t r u c t u r ea r r a y sa r ee x p l o r e d ，a m o n gw h i c ht h ef o c u si so nt e s t i n ga n d a n a l y z i n g t h e p r o p e r t i e s o ft i 0 2 p h o t o v o l t a i ca r r a y s ，u v - v i sa b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p ya n d d y e s e n s i t i z e ds o l a rc e l l s e t c t h em a i nc o n t e n ti ss u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 u s i n gt h et w o - s t e pa p p r o a c ho f s e e dp r e p r e p a r a t i o na n dh y d r o t h e r m a lm e t h o d ，t h el a r g e - s c a l e d e n s i t y - a n da d h e s i o n - c o n t r o l l e dz n o n r sc o u l db es y n t h e s i z e do nf l e x i b l ea n dt r a n s p a r e n ti t o p e t c o n d u c t i v es u b s t r a t e s ，w h i c hs o l v e st h ep r o b l e mt h a tz n on a n o r o da r r a y sc o u l dn o tb ed i r e c t l y p l a n t e do nt h ef l e x i b l et r a n s p a r e n ts u b s t r a t e f l e x i b l ep l a s t i cf i l mc o u l dn o te n d u r eh i g ht e m p e r a t u r e ， b u tt h ea d o p t i o no fl o w - t e m p e r a t u r eg r o w t hc o n d i t i o ne n a b l e st h es y n t h e s i so fz n on a n o r o d sa r r a y s o ni t i ne x p e r i m e n t s ，v a r i o u sf a c t o r sw e r ea l s os y s t e m a t i c a l l ys t u d i e da n dd e n s i t y - c o n t r o l l e da n d a d h e s i o n - t os u b s t r a t eo fz n o n r sw e r et h ef o c u so ft h es t u d y t h e i rp o s s i b l eg r o w t hm e c h a n i s ma n d d y n a m i c sw e r ed i s c u s s e da sw e l l i i i 博士学位论文 d o c t o l 龇d i s s e r t a l l o n 2 e l e c t r o c h r o m i cp r o p e r t i e so fz n on a n o r o d sa r r a y sw e r es t u d i e db yu s i n gz n on a n o r o d sa r r a y s a st h ew o r k i n ge l e c t r o d e f i r s t , t h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c e so fd i f f e r e n td e n s i t yz n on r st o e l e c t r o c h r o m i cd y e ( v i o l o g e nm o l e c u l e s ) w e r ee x p l o r e d t h e n , e l e c t r o c h r o m i cp r o p e r t i e so fd i f f e r e n t e l e c t r o d em a t e r i a l sw e r et e s t e d 。a n dc o l o r i n g | b l e a c h i n g , c y c l i cv o l t a m m e t r yc h a r a c t e r i s t i c sc u r v ea n d o t h e rr e l e v a n te x p e r i m e n t a ld a t aw e r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e d a sar e s u l t , i ti sf o u n dt h a tt h ec o l o r e f f e c t s ，u n i f o r m i t ya n dt r a n s p a r e n c yo fz n o n a n o r o da r r a y sw i t ht h eb e s td y ea d s o r p t i o ne l e c t r o d ea r e t h eb e s ta n da l s os h o wt h eb e s to x i d a t i o n - r e d u c t i o np e a k 3 b ya d d i n gt h eo r g a n i cs o l v e n t ss u c ha sd m s oi n t oa n o d i z i n ge l e c t r o l y t es o l u t i o n ，t h et i 0 2 n a n o t u b ea r r a y sw i t hl a r g e rd i a m e t e ra n dt u b es p a c i n g , l o n g e rt u b el e n g t ha n dr o u g h e rs u r f a c ea r e a ( g t s ) w e r es u c c e s s f u l l ys y n t h e s i z e d c o m p a r e dw i t ht i 0 2n a n o t u b ea r r a y s ( t n a s ) s y n t h e s i z e dw i t h t h et r a d i t i o n a la n o d i z a t i o n ，t h eb i g g e s ta d v a n t a g eo f t h eg t si st h a ti tc o u l dp r o v i d ee n o u g hs p a c ea n d r o u g hs u r f a c ef o rr e - m o d i f i c a t i o n , t h u sb e t t e r f o ra d s o r b i n gv a r i o u sd y e sa n df o rg e t t i n gb e t t e r p h o t o v o l t a i cp e r f o r m a n c e b e s i d e s ，t h ec h a r a c t e r i z a t i o na n dt h em e c h a n i s mw e r es t u d i e da sw e l l 4 t w oi n n o v a t i v et e c h n o l o g ym e t h o d sw e r ed e s i g n e db yu s i n go r d i n a r yw a t e rb a t ha n d a u t o c l a v ee q u i p m e n t w 弛t h eg t so ft h e l a r g et u b ec l e a r a n c ef o r t h es k e l e t o n , t w on o v e l n a n o s t r u e t u r ea r r a y so fh i e r a r c h i c a la n dh o m o g e n e o u sm o d i f i c a t i o nw e r es y n t h e s i z e d ：p 2 5 - e o a t e d t i 0 2n a n o t u b ea r r a y s ( p c t s ) a n dt i 0 2n a n o r o d sb r a n c e dt i 0 2n a n o t u b ea r r a y s ( b t s ) a n dv a r i o u s f a c t o r sa f f e c t i n gt h ep r e p a r a t i o np r o c e s sa n dp o s s i b l es y n t h e s i sm e c h a n i s mw e r ed i s c u s s e da sw e l l f u r t h e r m o r e ，a c c o r d i n gt ot h em o r p h o l o g ya n dp h a s ec h a r a c t e r i z a t i o no fb t sa n dp c t s ，i ti sf o u n d t h a tg t ss k e l e t o ni nb t sa n dp c t si sa n a t a s e ，a n db t si st h ep o l y c r y s t a l l i n es t r u c t u r ec o m p o s e do f t h ea n a t a s ed o m i n a t e db yt h eg t sa n dt i e 2n a n o r o d so fr u t i l ep h a s eg r o w no nt h ea n a t a s e a n dp c t s a r et h ep o l y c r y s t a l l i n es t r u c t u r ec o m p o s e do fg t sa n dp 2 5p a r t i c l e s 5 u s i n gt h ef o u rs y n t h e s i z e dn a n o t u b ea r r a y sb a s e do nt i 0 2a se l e c t r o d em a t e r i a l s ，t h e p e r f o r m a n c e so ft h e i rp h o t o e l e c t r o c h e m i c a l ，u v - v i sd i f f u s er e f l e c t a n c es p e c t r o s c o p i cs p e c t r aa n d d y e - s e n s i t i z e ds o l a rc e l l sw e r et e s t e da n da n a l y z e d t h er e s u l ts h o w st h a ：t ，c o m p a r e dw i t ht n a s ，t h e p h o t o c u r r e n td e n s i t ya n dt h ep h o t o e l e c t r i cc o n v e r s i o ne f f i c i e n c yo fg t sw i t hl a r g e rt u b ec l e a r a n c e a n dl o n g e rl e n g t h ，a n db t sa n dp c t sw i t hl a r g e ra n dr o u g h e rs u r f a c ea r e ab ym o d i f i c a t i o nw e r e g r e a t l yi m p r o v e d ( t h a to fb t si sr e l a t i v e l yh i g h o r ) a n dt h e i ra b s o r p t i o ns i d eb a n da n dp e a kw e r ea l s o g r e a t l yi m p r o v e d ，t h a ti s ，t h ee f f i c i e n c yo fl i g h ta b s o r p t i o nw a sg r e a t l yi m p r o v e d k e y w o r d s ：o n e - d i m e n s i o n a ln a n o s t r u c t u r e s ；z n o n a n o r o d a r r a y s ；f l e x i b l es u b s t r a t e ； e l e c t r o c h r o m i c ；t i 0 2a r r a y s ；m o d i f i c a t i o n ；p h o t o e l e c t r i cp e r f o r m a n c e s w 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e r t i n o n 摘要 目录 a b s t r a c t w 第一章绪论1 1 1 引言l 1 2 纳米材料的定义与分类1 1 2 1 纳米材料的定义、特性与分类1 1 2 2 半导体纳米材料的分类2 1 3 一维纳米材料的研究进展一1 1 3 1 一维纳米材料诞生与发展2 1 3 2 一维纳米材料的制备研究3 1 3 3 一维纳米材料的特性与应用研究进展5 1 4 一维氧化锌纳米结构材料性能特点和最新研究进展7v 一“ 1 4 1z n o 的品体结构与性能特点7 1 4 2 一维z n o 纳米结构材料制备研究进展”8 矗t 1 4 3 基于z n o 纳米带纳米线的机械性能9 哆； 1 4 4 基于z n o 纳米线纳米带纳米管等的场发射“10 1 4 5 基于z n o 纳米线的光学性能电致发光和电致变色1 1 1 4 6 基于一维z n o 纳米材料的其它重要应用进展1 1 1 5 一维t 1 0 2 纳米结构材料的性能特点和最新研究进展1 4 1 5 1t i 0 2 的晶体结构与性能特点14 1 5 2 一维t i 0 2 纳米材料制备研究进展15 1 5 3 一维t i 0 2 纳米材料特殊性能与应用进展1 7 1 6 本论文的选题背景和研究内容2 0 参考文献2 3 第二章柔软基底上；n o 纳米棒阵列疏密度和粘附性可控制备研究 2 1 引言”2 9 2 2 实验部分3 0 2 2 1 试剂和仪器3 0 2 2 2 实验方法3 0 2 3 样品表征一3 1 2 4 结果与讨论3 l v 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e r t a n o n 2 4 1 柔软基底上z n o 纳米棒阵列制备流程和相应s e m 图片3 1 2 4 2 样品形貌、结构及物相表征分析一3 2 2 4 3z n o 纳米棒阵列疏密度可控研究3 3 2 4 4z n o 纳米棒阵列与基底粘附性研究3 5 2 4 5 一维z n o 纳米棒生长机理及动力学过程3 6 2 5 本章小结一3 7 参考文献3 8 第三章柔软基底上z r o 纳米棒阵列的电致变色性能研究 3 1 引言一4 0 3 2 实验部分4 1 3 2 1 试剂和仪器4 l 3 2 2 实验部分4 2 3 3 电极样品表征4 3 3 4 结果与讨论4 3 3 4 1z n o 纳米棒阵列对变色材料吸附性能研究一4 3 3 4 2 工作电极的封装、柔软性和透光性讨论一4 6 3 4 3 电致变色性能研究4 7 3 5 本章小结“4 8 参考文献5 0 第四章大管径和管间距、长管长t i 0 2 纳米管阵列合成研究 4 1 引言”5 2 4 2 实验部分5 3 4 2 1 试剂和仪器5 3 4 2 2g t s 的制备实验5 3 4 3 样品表征5 4 4 4 结果与讨论5 4 4 4 1t i 0 2 纳米管阵列制备的各种影响因素”5 5 4 4 2t i 0 2 纳米管阵列的形貌、结构和成分分析“6 1 4 4 3 生长机制与动力学过程”6 3 4 4 4 大管径和管间距、长管长且表面粗糙的t i 0 2 纳米管阵列制备研究6 5 4 5 本章小结”6 7 参考文献6 8 第五章t i 0 2 纳米棒和1 3 2 5 修饰的t i 0 2 纳米管阵列制备与表征 v i 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e 趸i a 兀o n 5 1 引言”7 2 5 2 实验部分“7 2 5 2 1 试剂和仪器7 2 5 2 2p c t s 和b t s 制各工艺7 3 5 3 样品表征”7 4 5 4 结果与讨论- 7 4 5 4 1p c t s 的制备与表征7 5 5 4 2b t s 的制备与表征7 9 5 4 3p c t s 和b t s 的x r d 特征分析8 2 5 4 4b t s 和p c t s 的生长机制8 3 5 5 本章小结”8 4 参考文献8 5 第六章p c t s 和b t s 光吸收以及光电化学性能研究 6 1 弓i 言一8 7 一一- 6 2 实验部分”8 7 6 2 1 试剂和实验、分析仪8 7。一 6 2 2 光电化学和光谱吸收测试实验8 8 砧一 6 2 3 染料敏化太阳能电池性能测试实验8 9 6 3 结果与讨论9 0 6 3 1 光电化学性能9 0 6 3 2 紫外可见光吸收性能9 1 6 3 3 染料敏化太阳能电池性能研究9 2 6 4 本章小结9 4 参考文献9 6 第七章总结与展望 7 1 工作总结“9 9 7 2 展望”10 0 攻读学位期问的科研工作 致谢 1 0 2 1 0 4 v 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e r t a l i o n 第一章绪论弟一早珀化 1 1 引言1 1 4 l 1 9 9 0 年7 月，在美国巴尔的摩举办的第一届国际纳米科学技术会议，创办纳米技术杂 志，作为纳米科学技术( n a n os c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，n a n o s t ) 正式诞生的标志【1 2 1 。n a n o s t 是 指在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律及相关特性的新兴起的、交叉性很强的综 合性学科。纳米材料的制各、表征、性能及应用研究组成n a n o s t 最基本的研究内容。自1 9 8 1 年发明扫描隧道电子显微镜以来，n a n o s t 得到飞速的发展，尤其是近二十年来，随着纳米物 理、纳米化学基础理论的发展和建立在纳米电子学基础上的各种显微测试技术的进步，人们利 用各种方法陆续合成出各种各样的纳米结构材料。主要包括纳米粉末( 如，纳米颗粒、实心球、 空心球) ，纳米纤维( 如，纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管、纳米枝晶等) ，纳米膜和纳米块 材( 包括纳米片) 掣”j 。随着对它们特殊结构的表征和独特性能的进一步探索，为其可控制备 及性能研究奠定了基础。目前，“纳米”甚至已经渗透到人们日常生活的各个方面，已成为“高 科技和时髦”的代名词。n a n o s t 的迅速崛起和飞速发展波及范围极其广泛，在物理、化学、 生物、医学、环境、能源、信息、材料、微电子、微加工、现代化国防以及人们的生活等领域 都影响深刻、意义重大、应用前景广阔，已经成为世人瞩目的重要科技前沿。它已为人们更好 地认识自然、解决威胁人类生存的的“能源危机、环境问题”燃起新的希望。 1 2 纳米材料的定义与分类 1 2 1 纳米材料的定义、特性与分类 ( 1 ) 定义与特性：人们把基本组成单元在三维空间中至少有一维处在0 1 n m - 1 0 0 n m 尺度 空间内、且具有特殊功能的材料定义为纳米材料。当材料晶粒的尺寸进入到纳米量级时比表面 积陡增，表面零乱无序原子的相对比例也剧增，且存在着大量的晶界缺陷和杂质。这样造就纳 米结构材料与传统宏观材料相比，具备许多特殊的性能：如小尺寸效应、界表面效应、量子尺 寸和宏观量子隧道效应等。这些特性使其既具有优越的吸波性、高表面活性、强氧化性、亲水 疏水性和超顺磁性等性质。还表现出特殊的光学、光催化、光电化学、光电转换、水裂解性质 和铁电、压电、敏感和物理机械特性 2 , 5 - 7 】。 ( 3 ) 分类：按组成分类，主要有：金属、半导体、有机高分子和复合纳米材料。目前，功 能性一维纳米结构材料是n a n o s t 研发中最热门的材料。由文献报道不难看出，从金属、陶瓷、 半导体到高分子材料，几乎每一类都有一维纳米结构的文献报道【蜘。 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e r t j 町l o n 1 2 2 半导体纳米材料的分类 按照材料结构可分类如下： 半导体纳米结构材料主要包括i 族( 如c u c i 、a g b r ) ，i i v i 族( 如z n o 、c d s ) ， 一v 族( 如g a a s 、i n s b