研究目的
利用锗催化剂通过激光气相沉积法阐明非晶氧化硅纳米管(SiOx NTs)的成核与生长过程,并与氧化硅纳米线(NWs)的生长进行对比。
研究成果
通过激光气相沉积法生长的非晶态SiOx纳米管,在VLS机制作用下由熔融的Ge纳米颗粒催化形成。相较于纳米线,SiOx更低的沉淀量有利于盖帽结构的形成及纳米管的生长。纳米管尺寸与催化剂纳米颗粒大小之间存在强关联性,该关联受氩气压力的影响。关于SiOx鞘层的分离机制及纳米颗粒曲率的作用,仍需进一步研究。
研究不足
该研究受限于纳米管产率较低(产物最高仅达30%)、纳米颗粒与纳米线等副产物的共存现象,以及无法对生长过程进行原位观测。熔融锗纳米颗粒的精确形貌及生长温度范围尚未完全明确,且该方法可能难以实现对纳米管结构的精准控制。
1:实验设计与方法选择:
本研究基于气-液-固(VLS)生长机制,采用高压氩气环境下连续波激光气化Ge/Si复合靶材的方法来生长一维纳米结构。该方法因其操作简便且能形成高温高密度生长场而被选用。
2:样品选择与数据来源:
通过混合Ge和Si粉末制备了含5原子百分比Si的Ge/Si复合靶材,并压制成圆柱形靶。激光辐照后从腔室壁收集沉积物。
3:实验设备与材料清单:
设备包括连续波Nd:YAG激光器(Lee Laser,800系列)、不锈钢腔室、扫描电镜(日立S-4800)、透射电镜(日立H-7000和JEOL JEM-ARM200F/UHR)、能谱仪(JEOL JED-2300T)、拉曼光谱仪(Jobin Yvon T-640000M1)、X射线光电子能谱仪(ULVAC-PHI PHI Quantera SXM)。材料包括Ge粉末(Aldrich,纯度99.99%)、Si粉末(Aldrich,纯度99%)、氩气及用于分散的丙酮。
4:0)、透射电镜(日立H-7000和JEOL JEM-ARM200F/UHR)、能谱仪(JEOL JED-2300T)、拉曼光谱仪(Jobin Yvon T-640000M1)、X射线光电子能谱仪(ULVAC-PHI PHI Quantera SXM)。材料包括Ge粉末(Aldrich,纯度99%)、Si粉末(Aldrich,纯度99%)、氩气及用于分散的丙酮。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:将腔室抽真空并充入0.01至0.9 MPa的氩气。用激光(光斑尺寸2 mm,功率密度18 kW/cm2,辐照时间2秒)辐照靶材。收集沉积物,分散于丙酮中,并使用SEM、TEM、EDX、拉曼光谱和XPS进行检测。
5:01至9 MPa的氩气。用激光(光斑尺寸2 mm,功率密度18 kW/cm2,辐照时间2秒)辐照靶材。收集沉积物,分散于丙酮中,并使用SEM、TEM、EDX、拉曼光谱和XPS进行检测。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:通过图像分析测量尺寸,EDX进行成分分析,光谱技术用于化学键合和结构表征。采用统计方法计算平均值和标准误差。
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SEM
S-4800
Hitachi
Used for scanning electron microscopy to examine the morphology of deposits.
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TEM
H-7000
Hitachi
Used for transmission electron microscopy to analyze nanostructures at 100 kV.
-
TEM
JEM-ARM200F/UHR
JEOL
Used for high-resolution transmission electron microscopy to analyze nanostructures at 200 kV.
-
EDX spectrometer
JED-2300T
JEOL
Used for energy dispersive X-ray spectroscopy to determine elemental composition.
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Nd:YAG laser
Series 800
Lee Laser
Used for vaporization of the Ge/Si composite target to generate nanostructures.
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Raman spectrometer
T-640000M1
Jobin Yvon
Used for Raman spectroscopy to analyze chemical bonds and structures.
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XPS spectrometer
PHI Quantera SXM
ULVAC-PHI
Used for X-ray photoelectron spectroscopy to analyze surface chemistry.
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Ge powder
Aldrich
Used as a component in the composite target for laser vaporization.
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Si powder
Aldrich
Used as a component in the composite target for laser vaporization.
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