碳化硅和稀土掺杂碳化硅纳米结构的制备及其性能研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:xiaoxi21175
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自从CNTs的成功合成以来,一维纳米材料的研究引起了世界范围内的广泛关注。碳化硅(SiC),由于独特的电学、光学和力学性能,受到了人们的强烈关注,成为一个十分活跃的课题。本论文以制备SiC和稀土掺杂SiC光电纳米材料以及探索SiC纳米结构的选择区域生长为研究目标,主要取得了以下几方面的研究成果:(1)采用电纺丝法结合射频溅射技术制备了SiC纳米管。纳米管表面光滑,形状完整,管壁厚度可调,且上下壁厚均匀,没有杂质。纳米管材料比薄膜材料在发光性能上提高了一个数量级,且纳米管材料的场发射性能良好。在此基础上,进一步研究了稀土铽(Tb)掺杂的SiC纳米管材料的光致发光性能,当对样品在900℃下进行碳热处理后,发光性能极大增强,可以归因于碳热处理使得样品中的氧成分降低和样品表面的捕获态减少。(2)采用电纺丝技术结合碳热还原方法制备了SiC纳米纤维,样品在440nm(2.81eV)有较强的蓝光发射。在此基础上,仔细研究了Tb掺杂SiC纤维的PL性能和能量传递机制。1300℃退火的掺杂样品具有荆棘状的形貌,且有较强的绿光发射。参考扩展量子限制-发光中心模型,提出了一种激发模型来解释我们样品中的激发能量跃迁。大多数激发能量来自于SiO2表面层、Tb纳米团簇以及SiO2层与SiC芯之间的近界面区域的光吸收。(3)采用电纺丝法结合碳热处理工艺制备的SiC纳米等级结构具有不错的PL和优异的场发射性能。SiC纳米棒的生长机制是VLS机制。SiC纳米棒的VLS生长过程包括以下三个步骤:(a)Tb纳米团簇的形成,(b)催化剂液滴的形成以及(c)VLS生长。松散的纳米结构、对样品的预处理、合适的VLS生长温度以及合适的催化剂掺杂量是一个有机统一体。该研究为SiC纳米结构的选择区域生长提供了新的思路。
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