VLS法制備一維納米材料

用VLS機理制備一維納米材料報告人:岳廣兵制李杰、何肖麗、王家治、岳廣兵、陳本松編輯課件一氣-液-固〔V-L-S〕機理概述：二十世紀六十年代，Shyne和Milewesk提出了晶須生長的VLS機理,并首先由Vagner和Ellis用于合成了SiC晶須。之后,人們用此機理合成了各種各樣的晶須.隨著納米尺度材料研究的興起,人們又開始用這種機理來合成一維納米材料.現(xiàn)在這種方法已被廣泛用來制備各種無機材料的納米線，包括元素半導(dǎo)體〔Si、Ge〕，Ⅲ-V族半導(dǎo)體〔GaN、GaAs、InAs等〕，Ⅱ-VⅠ族半導(dǎo)體〔ZnS、ZnSe、CdS、CdSe〕，氧化物〔ZnO、氧化鎵、二氧化硅〕等V-L-S法是一維納米材料制備中最主要的機理之一。編輯課件二生長機理：在適當(dāng)溫度下，催化劑納米團簇與生長材料的組元互溶形成納米級共溶液滴。

共熔液滴持續(xù)吸入生長材料的組元蒸氣，以至到達過飽和，促成了生長材料的晶體晶核在液滴上生成。

蒸氣繼續(xù)被吸入，晶體在已生成的固液界面處不斷析出，推動固液界面移動，從而長出一維納米材料

編輯課件用VLS機理制備Ge納米線示意圖編輯課件

Ⅰ形成納米級共溶液滴

Ⅱ成核過程Ⅲ軸向生長Au催化作用下Ge納米線生長的原位TEM像編輯課件Au-Ge二元系相圖編輯課件制備特點

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催化劑納米團簇的尺寸在很大程度上決定了所生長一維納米材料的直徑

2可利用相圖選擇適宜的催化劑，制備溫度所處范圍也可根據(jù)相圖來確定

編輯課件四常用的催化劑與可制備的材料Au：Si、Ge元素納米線，ZnO、氧化鎵等氧化物納米線，CdS、ZnS納米線Fe：Si、Ge元素納米線，SiC納米線、GaN納米線Ni:Si納米線、GaN納米線編輯課件五制備中的兩個重要問題

B如何提供出所需的蒸氣？A如何得到納米級的催化劑團簇？編輯課件A1溶液枯燥法：氯金酸+檸檬酸鈉Au納米顆粒溶液將溶液滴至基底上、枯燥、反復(fù)數(shù)次A2模板限域法：交流電化學(xué)沉積法在氧化鋁模板底部引入金納米顆粒在貫穿的氧化鋁模板一面噴一層金膜溶膠凝膠法制備包含氧化鐵納米顆粒的氧化硅介孔體系，復(fù)原氧化鐵的Fe納米顆粒編輯課件A3

蒸鍍法：將金屬催化劑納米級薄膜蒸鍍在基體上，薄膜自組織蒸鍍Au薄膜在GaAs基體上，可形成大量的納米級的Au-As合金液滴制備Zn0納米線時，將Au薄膜蒸鍍在藍寶石襯底上，形成納米級的Au-Zn合金液滴A4高溫快速加熱法：激光燒蝕Si-Fe目標靶，產(chǎn)生蒸氣，迅速濃縮成液態(tài)納米團簇編輯課件B1激光燒蝕：用含少量的Au、Fe或Ni的硅粉作為靶，以Ar氣作為保護氣體，在石英管內(nèi)，在一定溫度下激光燒蝕即可制得Si納米線以為靶材，可制備出Ge

納米線激光燒蝕可形成直徑僅幾個納米的液態(tài)催化劑團簇，這種制備技術(shù)具有一定的普適性編輯課件B2

熱蒸發(fā)：蒸發(fā)金屬Zn粉，通過氣相傳輸在鍍有Au膜的Si襯底上得到ZnO納米線高溫加熱CdS或ZnS納米粉，通過氣相傳輸在鍍有Au膜的Si襯底上得到CdS或ZnS納米線B3化學(xué)氣相沉積：以硅烷為硅源

，以Au或Fe或Ni或AuPd為催化劑，制備Si納米線編輯課件B4化學(xué)氣相傳輸：Y.Wu等利用化學(xué)氣相傳輸法和VLS生長機制生編輯課件六兩個實例(一)用VLS機理制備一維ZnO納米線(二)用VLS機理制備一維SiC納米線編輯課件Zn0納米線的制備方法一：熱蒸發(fā)ZnO和石墨的混合物，通過氣相傳輸在鍍有Au催化劑的硅襯底上得到氧化鋅納米線方法二：以納米Au粒為催化劑，加熱蒸發(fā)Zn粉，同時通入含少量氧氣的氬氣編輯課件〔一〕Zn從Zn-Au合金液滴中析出〔二〕析出的Zn在高溫下被氧化成ZnO，形成氧化鋅納米線編輯課件SiC納米線的制備〔一〕制備氧化硅凝膠包含氧化鐵納米顆粒的預(yù)制復(fù)合體〔二〕與一定量的石墨粉混合，使C/Si成分比為4：1〔三〕500度下通入氫氣，復(fù)原氧化鐵得到鐵納米顆?！菜摹吵掷m(xù)通入Ar氣，迅速加熱到1400度編輯課件+COFe-Si-C編輯課件七有關(guān)生長終止的問題一溫度降低，合金液滴凝固成固體顆粒，反響終止二隨著原料的消耗，生長材料組元的蒸氣濃度降低，導(dǎo)致合金液滴中的過飽和度降低，相變驅(qū)動力缺乏，反響終止。三隨著結(jié)晶反響的進行,雜質(zhì)在生長點不斷聚集使得生長受阻編輯課件八用VLS機理所得納米線的形貌特征納米線頂端留有含有催化劑成分的球形顆粒GaN納米線Si納米線編輯課件通常，納米線的頂端會留有球形顆粒，但是也可能出現(xiàn)有的納米線上沒有球形顆粒或中間有的情況，甚至有的會發(fā)生分支生長或非直線生長。這與生長條件〔溫度、濃度等〕的波動有關(guān)編輯課件九在運用VLS制備納米線