QQ客服 官方微博 反馈留言

题名	准一维AlN纳米材料的控制合成、物性研究及其应用探索
作者	唐永炳
学位类别	博士
答辩日期	2007-06-02
授予单位	中国科学院金属研究所
授予地点	金属研究所
导师	王作明
关键词	准一维纳米材料 AlN 场发射 光致发光 复合材料
其他题名	Controllable synthesis, physical properties and application of quasi-one-dimensional AlN nanostructures
学位专业	材料学
中文摘要	作为一种重要的III族氮化物，AlN因其优异的力性和热物性、低电子亲和势、宽禁带等优点，有望在场发射电子显示、复合材料增强剂和紫外发光二极管等领域获得广泛应用。而准一维AlN纳米材料的纳米尺寸效应和维度效应使其具有与传统材料不同的奇特性能，例如：大的长径比和纳米尺寸的尖端可以显著提高材料的场发射性能；晶体缺陷少可优化材料的力学性能。然而，该领域目前仍然存在一系列问题，例如：准一维AlN的生长机理尚不明确；缺乏有效控制其生长的制备方法；尚不能根据电子功能器件的性能要求来有效控制材料结构；准一维材料的结构－性能关系、纳米尺寸效应和维度效应亟待揭示。本文围绕准一维AlN纳米材料的控制合成、物性及应用展开了相关研究。 基于对AlN的晶体学、生长热力学和动力学的分析，采用化学气相沉积法和含氮等离子电弧法，制备出AlN纳米纤维、纳米片、纳米刷、纳米带、纳米针、纳米棒和纳米锥等多种准一维AlN材料。综合分析制备条件-产物结构之间的关系，建立准一维AlN的生长机理模型，并探索可控制备方法，进而实现准一维AlN结构参数的大致可控。 改进化学气相沉积法，在未使用昂贵的光刻工艺的情况下，通过调控不同生长阶段反应物浓度，在Si基板上控制合成出单晶“埃菲尔塔”状AlN纳米锥阵列；将催化剂‘种子’法和注射液态四氯化硅的气相掺杂法相结合，定位生长出AlN纳米针阵列并成功实现了Si原子的同步掺杂；通过刻蚀Si基板调控生长基面状态，定向生长出垂直排列的AlN单晶纳米片蜂窝状网格，与传统多孔氧化铝模版法不同，这种方法控制定向生长的纳米结构为单晶；通过提高温度及其梯度，采用移动含氮等离子电弧法制备出单晶蘑菇状AlN纳米棒阵列。 场发射研究表明：准一维AlN阵列比传统AlN薄膜具有更为优异的场发射性能，其开启电压和阈值比传统AlN材料低了一个数量级，从而使场发射器件在较低的电压下就可获得显示所需的电流密度。与纳米碳管相比，准一维AlN阵列具有更高的场发射稳定性，有望发展成为场发射器件材料。在前述四种阵列结构中，“埃菲尔塔”状AlN纳米锥阵列的场发射稳定性最佳；Si掺杂AlN纳米针阵列的开启电压最低。这一结果表明：调控准一维AlN几何形貌和掺杂改性处理是优化准一维AlN阵列场发射性能的有效途径。 研究了AlN纳米带和分等级刷子状AlN纳米材料的光致发光性能。AlN纳米带阵列在波长为570nm附近产生很强的绿色发光峰，而刷子状AlN纳米结构在585nm附近有强度很高的黄色发光峰位。据此提出并验证了表面氧缺陷导致的发光机理。探讨了AlN纳米带和刷子状AlN纳米材料成为功能器件的可能性。 在大量合成高纯度AlN纳米纤维的基础上，用热等压法制备出高致密度AlN纳米线/Al复合材料。研究表明：AlN纳米线在Al基体中分散均匀，Al/AlN界面既相互润湿又无不良界面反应，界面结合良好。复合材料的拉伸强度和屈服强度随AlN 纳米线体积分数的增加而上升，当纳米线的体积分数达到15%时，复合材料的拉伸和屈服强度分别约为基体的5倍和6倍，通过对比发现纳米线的增强效果比颗粒更为显著，其增强机制以复合材料的载荷传递增强机制为主。AlN 纳米线还可有效降低复合材料的热膨胀系数，最大降低幅度为基体的一半，这种降低效果与“Schapery model”预测相吻合。AlN纳米线/Al纳米复合材料有望用作高强度、低热膨胀的的电子封装材料。
语种	中文
公开日期	2012-04-10
页码	156
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17112]
专题	金属研究所_中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	唐永炳. 准一维AlN纳米材料的控制合成、物性研究及其应用探索[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007.

个性服务

查看访问统计

相关权益政策

暂无数据

收藏/分享

除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。