（凝聚态物理专业论文）zno一维纳米材料的制备(1).pdf

湘潭大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人或集体。均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 忑节乏 日期：如t 了年丫月 ，j 曰 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， 同意学校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。本人授权湘潭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。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囝。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 了每名 日期： 一，j 年叶月 。，日 导师签名。研蕾嗍：棚啤中月夕日 j + 书龙 湘潭大学硕十毕业论文 摘要 一维纳米材料因其优异的光学、电学、化学、力学性能以及 在纳米装置、功能材料的独特应用而成为当今纳米材料科学领域 的前沿和热点；同时一维纳米材料的制备为纳米科学技术的发展 奠定了基础。本文研究用化学气相沉积方法制备出氧化锌( z n o ) 纳米线、纳米棒以及一种新形的辐射球型z n o 结构，并对影响它 们生长的因素，如催化剂、衬底温度等进行了系统的研究。 第一章简要介绍了纳米材料和一维纳米材料的各种制备方 法、生长机理及特点，z n o 的性质和当前研究进展、存在的问题。 第二章首先介绍了实验装置，并对该装置进行了改装，提高 了操作可控性。然后采用简单热蒸发纯锌粉的方法，在硅衬底上 成功地制备出定向较好的z n o 纳米线，并用扫描电镜( s e m ) 、x 射线衍射仪( x r d ) 、能谱仪( e d s ) 进行了形貌、结构、成分表 征，结果表明z n o 纳米线为纤锌矿结构的z n o 单晶。实验中用 不同的硅片( s i ) 做衬底来对比，证实z n o 纳米线的生长遵循气 固生长机理。 第三章介绍一种新型z n o 结构空心球壳内外辐射棒状 z n o 结构( r s z n o ) 的制备。s e m 、x r d 、电子选区衍射( s a e d ) 分析表明并r s z n o 结构上的辐射z n o 棒是单晶的纤锌矿结构， 其生长方向是晶体的c 轴方向。在实验中发现加氧气前生长出球 型z n 液滴是控制r s z n o 结构生长的关键，并根据实验条件提出 了其生长机理。 第四章介绍采用双温区实验装置研究了z n o 纳米线气固v s 制备法中z n 蒸气分压和衬底温度对纳米线线径的影响。s e m 分 析表明纳米线线径与z n 蒸气分压和衬底温度成反比，同时也发现 衬底温度对z n o 结构的生长形状有影响。 第五章对本论文的工作进行了总结，并对以后的工作提出了 一些设想。 关键词：纳米材料纳米线生长机制化学气相沉积 丁书龙 湘潭大学硕士毕业论文 a b s t r a c t o n e d i m e n s i o n a l ( 1 d ) n a n o s t r u c t u r e sh a v eb e e ni nt h ef o c u so f m a t e r i a l sr e s e a r c ha sar e s u l to ft h e i r u n i q u eo p t i c a l ，e l e c t r o n i c ， c h e m i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e si nc o m b i n a t i o nw i t ht h e i rg r e a t p o t e n t i a lf o ra p p l i c a t i o n si nn a n o d e v i c e sa n df u n c t i o n a lm a t e r i a l s s y n t h e s i so f1 dn a n o s t r u c t u r e sp l a y sa b a s i cr o l ei nn a n o s c i e n c ea n d n a n o t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t i nt h i st h e s i s ，w es y n t h e s i z e dz n o n a n o w i r e s ，n a n o r o d sa n d an e wn o v e l r a d i a l s p h e r e z n o n a n o s t r u c t u r eb yc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n 。1 1 1 ee f f e c t so fs o m e f a c t o r s ，s u c ha sc a t a l y s t sa n ds u b s t r a t et e m p e r a t u r e ，a r es y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d c h a r t e ri ：i n t r o d u c e dn a n o m a t e r i a l sa n dp r o v i d e sar e v i e wo f c u r r e n tr e s e a r c hw i t ht h ep r e p a r a t i o n s g r o w t hm e c h a n i s m sa n do fld n a n o s t r u c t u r e s ，l a t e s t a d v a n c e sa n df u t u r er e s e a r c ho fz n o n a n o m a t e r i a l s c h a r t e ri i ：i n t r o d u c e dt h es c h e m a t i c so ft h ee x p e r i m e n t a ls e t u p ， w h i c hh a sb e e ni m p r o v e dt op r o v i d em o r ee f f i c i e n tc o n t r 0 1 t h e n w e l l - a l i g n e dz i n co x i d en a n o w i r e sw e r eg r o w no nt h es is u b s t r a t e sb y t h e r m a le v a p o r a t i o no fp u r ez i n cp o w d e r t h es c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p e( s e m ) ，x - r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，e n e r g yd i s p e r s i v e x - r a ys p e c t r o m e t e r ( e d s ) w e r ee m p l o y e d t o i n v e s t i g a t e d t h e m o r p h o l o g y , s t r u c t u r ea n dc o m p o s i t i o no fz i n co x i d en a n o w i r e sa n d s h o wt h a tt h en a n o w i r e sa r eo fh i g h p u r i t y n a n o c r y s t a lw i t ha h e x a g o n a l w u r t z i t es t r u c t u r e o nt h eb a s i so fe x p e r i m e n tw i t h d i f f e r e n ts u b s t r a t e s ，t h eg r o w t hm e c h a n i s mc a nb ee x p l a i n e du s i n gt h e v a p o r - s o l i dp r o c e s s c h a r t e ri i i ：i n t r o d u c e dt h es y n t h e s i so fan e wn o v e ls t r u c t u r e - r a d i a ls p h e r i c a lz n os t r u c t u r e sw i t hn a n o r o d sg r o w no nb o t hs i d e so f ah o l l o ws p h e r e l i k ec o r e ( r s z n o ) 。s e m ，x r da n dt h es e l e c t e d 丁书龙 湘潭大学硕士毕业论文 a r e ae l e c t r i c a ld i f f r a c t i o n ( s a e d ) a n a l y s i ss h o wt h a tt h en a n o r o d so f r s z n oa r e s i n g l e - c r y s t a l l i n e w u r t z i t es t r u c t u r ew i t ht h ec - a x i s g r o w t h d i r e c t i o n i ti sf o u n dt h a tt h ef o r m a t i o no ft h e s p h e r i c a l s h a p e dl i q u i dz nd r o p l e t sb e f o r ea d d i n go x y g e ni sak e y f a c t o rt oc o n t r o lt h em o r p h o l o g yo ft h er s - z n on a n o s t r u c t u r e sa n d t h eg r o w t hm e c h a n i s mh a sb e e ne x p l a i n e do nt h eb a s i so fe x p e r i m e n t c o n d i t i o n c h a r t e ri v ：s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e dt h ee f f e c t so fs o m ef a c t o r s ， s u c ha sz np a r t i a lp r e s s u r ea n ds u b s t r a t et e m p e r a t u r eo nt h ed i a m e t e r o fz n on a n o w i r e si nt h ev a p o r - s o l i dp r o c e s sb yu s i n gat w o f u m a c e s y s t e m t h es e mi m a g e ss h o wt h a tt h ed i a m e t e ro fz n on a n o w i r e si s i n v e r s er a t i ow i t hz np a r t i a lp r e s s u r ea n ds u b s t r a t et e m p e r a t u r e ； w h i c hi n f l u e n c e dt ot h em o r p h o l o g yo ft h ez n on a n o s t r u c t u r e sa tt h e s a m et i m e c h a p t e rv ：p r e s e n t sa c o n c l u s i o no f t h i st h e s i sa n ds o m ep r o s p e c t s f o rt h i si n v e s t i g a t i o n k e y w o r d s ：n a n o m a t e r i a l s ，n a n o w i r e s ，g r o w t hm e c h a n i s m ， c h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n 丁书龙湘潭大学硕士毕业论文 z n o 一维纳米材料的制备 ( 提要) 因纳米材料具有很高的比表面积和量子尺寸效应，相比块体 材料在许多方面展现出独特的电、光、化学和热学性质。一维纳 米系统可以作为一个介观系统来研究微观尺度下电子、光子的输 运性质，同时在纳米装置和功能材料方面有潜在的应用前景而成 为材料研究领域的一个热点。一维纳米结构的合成是纳米科技发 展的基础。本文主要介绍z n o 纳米线、纳米棒以及一种新奇的辐 射球状z n o 纳米结构的制备、表征和生长机理的研究，主要内容 如下： 第一章首先介绍一维纳米材料的基本知识，并对当前一维纳 米结构的制备、生长机理、潜在应用的研究做一概括，然后详细 阐述当前z n o 纳米材料研究的进展和这种新型材料今后的研究方 向。 一维纳米材料相比块体材料具有独特的优异性质，可以作为 各种建筑积木应用于纳米光电装置的制备，从而引起人们极大的 兴趣。在过去几年以来，人们从不同的控制程度上，研究出一些 属于“从下到上”模式的一维纳米结构的制备方法。图1 是对其 中一些方法的图形介绍【1 ：( 1 ) 图1 a 是通过控制过饱和度的大 小来达到一维生长的目的。( 2 ) 图1 b 是引入一个固液界面来降 低籽晶各面的对称性来形成一维生长。( 3 ) 图1 c 是用各种模版 的一维形状直接控制一维纳米结构的生长。( 4 ) 图1 d 是加入适 当的覆盖剂控制籽晶各晶面动力学生长速率形成一维生长。( 5 ) 图1 e 是零维纳米结构的自组装生长。( 6 ) 图1 d 是机械削减法。 自从氧化物纳米带结构的发现引起轰动以来 2 】，以氧化物功 能材料为基础的一维纳米结构的研究工作迅速发展，成为当代纳 米科技的前沿热点。其中的z n o 材料是最典型和成功的功能材料， 它有三大优点。首先，z n o 是一种直接带隙宽禁带半导体材料， 丁书龙 湘潭大学硕士毕业论文 一一jr i 一一 罗。、i | 串阏啼 。严 。! l 匿蕊匿登蕊溪图 jl 、一一。 一 图1 一维生长一维纳米结构的制备方法。 禁带宽度3 3 7 e v ，激子束缚能高达6 0 m e v ，具有良好的近紫外光 辐射能力和透明导电性。其次，因其晶体结构的非对称性，z n o 还是- l e o 压电材料，可用于光电耦合传感器、换能器。最后，z n o 对人体无毒，具有生物相容性，可以无需涂层处理直接生物医学 中。基于以上几点，对z n o 材料的研究将成为今后纳米材料研究 中最重要的热点之- - 3 。将来研究工作主要集中以下几个问题： ( 1 ) 完全理解一维生长的详细过程。( 2 ) 完全掌握生长的动力学 过程。( 3 ) 材料的结构、形态、尺寸的可控性制备。( 4 ) 大规模 的自组装生长。( 5 ) 生长过程的计算模拟。 第二章介绍实验装置，并对该装置进行了改装，提高了操作 可控性。然后介绍定向z n o 纳米线的制备、表征和生长机理。 在一维纳米材料的制备法中，气相制备法是应用最广的方法 之一。它主要有两种一维生长机理一气液固机理( v s l ) 和气固机 理( v s ) 。v l s 机理是w a g n e r 在上世纪六十年代处提出来的 4 。 一 o | | 严 f r 5 龙 湘潭大学硕十毕业论文 根据该机理，晶体的各向异性生长是由合金液滴引起的。合金液 滴的表面有较高的粘着系数，易于吸附气相前驱物，当其过饱和 时沉积结晶形成一维生长。v s 机理是由s e a r 根据轴向位错而提 出来的，虽然它能较好的解释一维的生长动力学过程，但在生长 的结构中从未发现有轴向位错。现在一般都认为主要原因是过饱 和度的控制，当过饱和度低于晶体自形形态生长所需值时，一些 特殊晶体方向会形成一维生长 5 。 定向z n o 纳米线的制备是在一般的水平石英管式炉中应用 v l s 机理进行的。衬底是镀金的s i ( 1 0 0 ) 晶片，原料是9 9 9 9 9 的z n 粉，两者都放在石英舟中，相距1 0 1 5 m m ，其中s i 片位于 气流下游方向。先在1 3 0 s c c m 流量的氩气下3 0 分钟内加热至8 0 0 ，然后加入1 0 s c c m 的氧气并恒温半小时。待降至常温后，可看 见衬底有淡灰色的沉积。最后用x 射线衍射仪( x r d ) 、扫描电 镜( s e m ) 、能谱仪( e d s ) 对样品进行形态、结构表征。 图2 镀金衬底上定向z n o 纳米线s e m 图 图2 是样品的s e m 图，由图可见z n o 纳米线的生长方向比 较垂直于衬底，密度很高，形成膜状生长。线径约1 0 0 n m ，长几 丁书龙湘潭大学硕士毕业论文 微米。由纳米线的六角柱状形状可知其生长方向应为z n o 晶体c 轴方向。图3 是x 射线衍射分析，图中的衍射峰与纤锌矿z n o 晶体的衍射峰位置致，表明其晶格常数a = 0 3 2 n m ，c = 0 5 2 n m 。 另外值得一提的是图中( 0 0 2 ) 面衍射峰强度相比常规块体z n o 晶体强的多，这进步说明大部分纳米线相对垂直于衬底沿晶体 c 轴方向生长。 2 0 3 04 05 06 07 0 2t h e t al d e g r e e ) 图3 定向z n o 纳米线的x r d 谱。 根据v l s 机理，在纳米线生长过程中，纳米线顶端应有一个 小球结构，但在我们制备的纳米线中，却未看到有任何圆形的纳 米线顶端。由此说明纳米线的生长过程可能遵循v s 机理而不是 v l s 机理。为了证实这个观点，我们做了另外一个实验，同时用 两个衬底，其中一个衬底未镀金。图4 为两个不同衬底的s e m 图。 由图可知镀金衬底上除了生长出垂直的纳米棒外，还生长出一种 星型结构一纳米棒辐射状生长在一个中心核上。经过e d s 分析表 明，a u 主要分布在星型结构的核上，其他地方很少有a u 的存在。 这进一步说明定向纳米线的生长遵循v s 机理。在升温过程中， 衬底上的a u 膜碎裂成纳米颗粒，成为一个形核中心，促进z n o 蒸汽不断沉积、遵循v s 机理形成一维生长。 i_己皂扫jsc喜uj 丁书龙湘潭大学硕士毕业论文 图4 纳米棒的s e m 图；( a ) 镀金s i 衬底。( b ) 未镀金s i 衬底。 第三章介绍一种新奇的结构一辐射球状z n o ( r s z n o ) ，具 有一个中空的球壳，壳内外垂直生长z n o 纳米棒。 对于纳米科技来说，制备出各种形状的纳米结构是非常重要 的，这些纳米结构可以做为自组装生长过程中的建筑积木；而且 纳米材料的性质不仅与尺寸有关，也与其结构形状密切相关；所 以对于纳米科技的发展来说，制备出各种新奇纳米结构、掌握它 们生长的机理是极为关键的。z n o 是一种当今具有最多种纳米结 构的材料，除常见的纳米线、纳米带外，还有纳米梳、纳米环 3 、 纳米墙 6 、四针状z n o 7 等。在此，我们用简单的热蒸发z n 粉 的方法制备出r s z n o 这种独特的纳米结构，整个过程未用催化 剂。 r s z n o 纳米结构的制备也是在水平管式电炉中进行的。不同 的是采用石英试管代替石英舟来承载z n 粉，衬底是未镀金s i 晶 片，置于石英试管口。先在5 0 s e e m 氩气流量下用2 5 分钟将温度 升至6 5 0 ，并恒温5 1 5 分钟。1 0 s e e m 的氧气在5 5 0 时加入。 图5 是r s z n o 结构的s e m 图。图中所有的z n o 纳米棒都 具有六角柱形状，其生长方向都是沿晶体的c 轴方向。z n o 纳米 棒直径在2 0 0 至5 0 0 n m 范围内，平均约3 0 0 n m ，长度5 - 1 0 p , m ， z n o 球核直径从0 5 至5 9 m 大小不等。同时从图5 也可以看到纳 丁书龙 湘潭大学硕士毕业论文 图5 r s - z n o 结构的s e m 图。 图6 退火后破裂的r s z n o 结构。 米棒的顶端的线径比其它地方大一些，这个现象与文献 8 】中报道 的结果一致。其原因我们认为是在纳米棒的生长后期衬底温度逐 渐下降所致。为了观察r s z n o 结构中球核的内部结构，我们将 其在1 0 0 0 的高温中退火半小时后再做s e m 观察。图6 是退火后 的s e m 图，在高温下r s - z n o 结构中球核破裂，显示出一个空心 球壳结构，球壳内外垂直生长出纳米棒。 图7r s z n o 结构中纳米棒的t e m 图。右上插图是纳米棒的s a e d 图。 丁书龙湘潭犬学硕士毕业论文 图7 是r s z n o 结构中纳米棒的透射电镜t e m 图，由棒上某 点处的选区电子衍射斑点s a e d 图可知，纳米棒的生长方向沿c 轴方向。 根据实验条件和表征结果，r s z n o 结构的生长过程大致可分 为：衬底上球形z n 液滴的沉积；z n o z n 笼状结构的形成；z n o z n 笼状结构内外壳上z n o 纳米棒的垂直生长。图8 为r s z n o 结构 的生长示意图。首先，当z n 蒸汽输运至衬底上方低温区时，因过 b 趴l 则 图8r s z n o 结构生长示意图。 饱和而沉积，形成球形液滴。加入氧气后，球形液滴表面氧化， 因z n o 与液态z n 的热膨胀系数不同，球形表面形成有裂缝和小 空的z n o 膜 1 0 ，1 1 1 。内部的z n 通过这层膜蒸发，形成z n o z n 笼状结构 1 2 1 ，最后因z n 微小液滴在球壳上沉积，形成z n o 纳米 棒自催化v l s 生长 1 3 ，得到r s - z n o 结构。 第四章介绍采用双温区实验装置研究了z n o 纳米线气固v s 制备法中z n 蒸气分压和衬底温度对纳米线线径的影响。s e m 分 析表明纳米线线径与z n 蒸气分压和衬底温度成反比，同时也发现 衬底温度对z n o 结构的生长形状有影响。 第五章对本论文的工作进行了总结，并对以后的工作提出了 一些设想。 一。一爹祟 丁书龙 湘潭大学硕士毕业论文 参考文献 1 yx i a ，p y a n g ，ys u n ，e ta l ，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 ： s y n t h e s i s ，c h a r a c t e r i z a t i o n ，a n da p p l i c a t i o n s ，a d v m a t e r , 1 5 ( 5 ) ( 2 0 0 3 ) ，3 5 3 - 3 8 9 。 2 z w p a n ，z r d a i ，z l w a n g ，n a n o b e l t so fs e m i c o n d u c t i n g o x i d e s ，s c i e n c e ，2 9 1 ( 5 5 1 0 ) ( 2 0 0 1 ) ，1 9 4 7 1 9 4 9 。 3 l z l w a n g ，x yk o n g ，yz h a n g ，e ta l ，s e m i c o n d u c t i n ga n d p i e z o e l e c t r i co x i d en a n o s t r u e t u r e si n d u c e db yp o l a rs u r f a c e s ， a d v f u n c t m a t e r , 1 4 ( 1 0 ) ( 2 0 0 4 ) 。9 4 3 9 5 5 。 4 i r s w a g n e r , w c e l l i s ，v a p o r - l i q u i d - s o l i dm e c h a n i s mo f s i n g l ec r y s t a lg r o w t h ，a p p l p h y s 。l e t t ，4 ( 5 ) ( 1 9 6 4 ) ，8 9 - 9 0 。 5 i v z h a n g ，h j i a ，d y u ，m e t a l - c a t a l y s t - f r e ee p i t a x i a lg r o w t ho f a l i g n e dz n on a n o w i r e so nw a f e r sa tl o wt e m p e r a t u r e ，j p h y s d ：a p p l p b y s ，3 7 ( 3 ) ( 2 0 0 4 ) ，4 1 3 - - 4 1 5 。 6 h t n g ，j l i ，m m e y y a p p a n ，e ta l ，g r o w t ho fe p i t a x i a l n a n o w i r e sa tt h e j u n c t i o n so f n a n o w a l l s ，s c i e n c e ， 3 0 0 ( 5 6 2 3 ) ( 2 0 0 3 ) ，1 2 4 9 - 1 2 4 9 。 7 yd a i ，yz h a n g ，c w n a n ，e ta l ，s y n t h e s i sa n do p t i c a l p r o p e r t i e so ft e t r a p o d l i k ez i n co x i d en a n o r o d s ，c h e m p h y s l e t t ， 3 5 8 ( 1 - 2 ) ( 2 0 0 2 ) ，8 3 - 8 6 。 8 i x h a n ，gw a n g ，j j i e ，e ta l ，c o n t r o l l a b l es y n t h e s i sa n do p t i c a l p r o p e r t i e so f n o v e lz n oc o n ea r r a y sv i av a p o rt r a n s p o r ta tl o w t e m p e r a t u r e ，j p h y s c h e m b ，10 9 ( 7 ) ( 2 0 0 5 ) ，2 7 3 3 - 2 7 38 。 【9 1 b d y a o ，y if c h a n ，n w a n g ，f o r m a t i o no fz n o n a n o s t r u c t u r e sb yas i m p l ew a yo ft h e r m a l e v a p o r a t i o n ，a p p l p b y s l e t t ，81 ( 4 ) ( 2 0 0 2 ) ，7 5 7 7 5 9 。 io rg a o ，z l w a n g ，m e s o p o r o u sp o l y h e d r a lc a g e sa n ds h e l l s f o r m e db yt e x t u r e ds e l f - a s s e m b l yo fz n on a n o c r y s t a l s ，j a m c h e m s o c ，1 2 5 ( 3 7 ) ( 2 0 0 3 ) ，1 1 2 9 9 1 1 3 0 5 。 11 z c h e n ，z s h a n ，s x m a o ，e ta l ，a n o v e la n ds i m p l eg r o w t h 丁书龙 湘潭大学硕士毕业论文 9 r o u t et o w a r d su l t r a - f i n ez n on a n o w i r e s ，j c r y s t a l g r o w t h 。 2 6 5 ( 3 4 ) ( 2 0 0 4 ) 4 8 2 - 4 8 6 。 1 2 h j f a n ，r s c h o l z ，f m k o l b ，e ta l ，g r o w t hm e c h a n i s ma n d c h a r a c t e r i z a t i o no fz i n co x i d em i c r o c a g e s ，s o l i d s t a t e c o m m ， 1 3 0 ( 8 ) ( 2 0 0 4 ) 51 7 5 2 1 。 【1 3 1 z l w a n g ，x yk o n g ，j 。m z u o ，i n d u c e dg r o w t ho f a s y m m e t r i cn a n o c a n t i l e v e ra r r a y so np o l a rs u r f a c e s p h y s i 沁v l e t t ，9 1 ( 1 8 ) ( 2 0 0 3 ) ，1 8 5 5 0 2 ( 1 , 4 ) 。 j 书龙湘潭大学硕士毕业论文1 0 s y n t h e s i so f o n e - d i m e n s i o n a lz n on a n o m a t e r i a l s ( s u m m a r y ) c o m p a r e d w i t hb u l km a t e r i a l s ，n a n o s c a l em a t e r i a l s ，w i t ht h e i rl a r g e s u r f a c ea r e a sa n d q u a n t u m c o n f i n e m e n te f f e c t s ，e x h i b i t d i s t i n c t e l e c t r o n i c ，o p t i c a l ，c h e m i c a la n dt h e r m a lp r o p e r t i e si nm a n yc a s e s o n e - d i m e n s i o n a l ( 1 d ) s y s t e m sa r et h es m a l l e s td i m e n s i o ns t r u c t u r e s t h a tc a nb eu s e df o re f f i c i e n tt r a n s p o r to fe l e c t r o n sa n do p t i c a l e x c i t a t i o n s ，a n dh a v eb e e ni nt h e f o c u so fm a t e r i a l sr e s e a r c hi n c o m b i n a t i o nw i t ht h e i rg r e a tp o t e n t i a lf o ra p p l i c a t i o n si nn a n o d e v i c e s a n df u n c t i o n a lm a t e r i a l s s y n t h e s i so f1 dn a n o s t r u c t u r e sp l a y sab a s i c r o l ei nn a n o s c i e n c ea n dn a n o t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t i nt h i st h e s i s ， w ep r i m a r i l yi n t r o d u c e dt h es y n t h e s i s ，c h a r a c t e r i z a t i o na n dg r o w t h m e c h a n i s m so fz n on a n o w i r e s ，n a n o r o d sa n dan e wn o v e l r a d i a l - s p h e r ez n on a n o s t r u c t u r e t h em a i nt e 矗o ft h ep a p e r i s o r g a n i z e di n t of i v es e c t i o n sa sf o l l o w ： i nt h ec h a r t e ri ，w ef i r s t l yi n t r o d u c e dt h ef u n d a m e n t a lt h e o r i e so n o n e d i m e n s i o n a ln a n o m a t e r i a l sa n dar e v i e wo fc u r r e n tr e s e a r c hw i t h t h ep r e p a r a t i o n s ，g r o w t hm e c h a n i s m s ，a n dp o t e n t i a la p p l i c a t i o n so f1 dn a n o s t r u c t u r e t h e np r o v i d e di nd e t a i ll a t e s ta d v a n c e so fz i n co x i d e ( z n o ) n a n o m a t e r i a l sr e s e a r c ha n dt h ed i r e c t i o n st o w a r d sw h i c hf u t u r e r e s e a r c ho nt h i sn e wc l a s so f m a t e r i a l s c o n s i d e r a b l ei n t e r e s t sh a v eb e e nf o c u s e do n1 dn a n o s t r u c t u r e sd u e t ot h e i rs t r o n ga p p l i c a t i o np o t e n t i a la sb u i l d i n gb l o c k so fn a n o s c a l e e l e c t r o n i co r o p t o e l e c t r o n i cd e v i c e se x p l o i t i n gt h e i rp r o p e r t i e sn o t a c h i e v a b l ei nb u l ks t a t e s i nt h ep a s ts e v e r a ly e a r s ，av a r i e t yo f 丁书龙 湘潭大学硕士毕业论文 m e t h o d sh a v eb e e nd e m o n s t r a t e da st h e “b o t t o m 。u d a p p r o a c hf o r g e n e r a t i n g 1dn a n o s t r u c t u r e sw i t hd i f f e r e n tl e v e l so fc o n t r o lo v e r t h e s ep a r a m e t e r s f i g u r e1 s c h e m a t i c a l l yi l l u s t r a t e ss o m eo ft h e s e s y n t h e t i cs t r a t e g i e st h a ti n c l u d e 【1 】：( 1 ) u s eo fs u p e r s a t u r a t i o nc o n t r o l t oa c c o m p l i s h1 dg r o w t h ( f i g 1 a ) ；( 2 ) i n t r o d u c t i o no fa l i q u i d s o l i d i n t e r f a c et or e d u c et h es y m m e t r yo fas e e d ( f i g 1 b ) ；( 3 ) u s eo f v a r i o u st e m p l a t e sw i t h1 d m o r p h o l o g i e st od i r e c tt h ef o r m a t i o no f1 d n a n o s t r u c t u r e s ( f i g 1c ) ；( 4 ) u s eo fa p p r o p r i a t ec a p p i n gr e a g e n tt o k i n e t i c a l l yc o n t r o lt h eg r o w t hr a t e so fv a r i o u sf a c e t so fas e e d ( f i g 1 d ) ；( 5 ) s e l f - a s s e m b l yo f0 dn a n o s t r u c t u r e s ( f i g 1 e ) ；( 6 ) s i z e r e d u c t i o no f1 dm i c r o s t r u c t u r e s ( f i g 。1 f ) 1 a b i 秽篷 f i g 1 s c h e m m i c i l l u s t r a t i o n s o f s i x d i f f e r e n ts t r a t e g i e s f o ri d g r o w t h a si n s p i r e db yt h ed i s c o v e r yo fo x i d en a n o b e l t s 2 】，r e s e a r c hi n t o j 书龙湘潭大学硕士毕业论文 f u n c t i o n a lo x i d e b a s e d1 dn a n o s t r u c t u r e si se x p a n d i n gr a p i d l ya n di s c o m i n gt ot h ef o r e f r o n to fr e s e a r c hi nn a n o t e c h n o l o g y z n oi st h e m o s tt y p i c a la n ds u c c e s s f u le x a m p l eo fo x i d ef u n c t i o nm a t e r i a l sw i t h t h r e ek e ya d v a n t a g e s f i r s t ，i t sas e m i c o n d u c t o r , w i t had i r e c tw i d e b a n d g a po f3 3 7 e va n dal a r g ee x c i t a t i o nb i n d i n ge n e r g y ( 6 0 m e v ) ， e x h i b i t i n gn e a r - u ve m i s s i o na n dt r a n s p a r e n tc o n d u c t i v i t y s e c o n d l y , d u et oi t s n o n c e n t r o s y m m e t r y , i t sp i e z o e l e c t r i c ，w h i c h i sak e y p h e n o m e n o ni nb u i l d i n ge l e c t r o m e c h a n i c a lc o u p l e d s e n s o r sa n d t r a n s d u c e r s f i n a l l y , z n oi sb i o s a f ea n db i o c o m p a t i b l et h a ti sn e e d e d b ye v e r y o n e ，a n di tc a nb ed i r e c t l yu s e df o rb i o m e d i c a la p p l i c a t i o n s w i t h o u tc o a t i n g w i mt h e s eu n i q u ec h a r a