锗催化气-液-固法生长非晶氧化硅纳米管及其表征：与纳米线生长的对比研究

摘要： 采用连续波激光气化含5原子%硅的锗靶材，在高压（最高达0.9 MPa）氩气氛围中通过简易技术生长出一维（1D）纳米结构。透射电子显微镜（TEM）、高角环形暗场扫描TEM及能量色散X射线线扫描光谱分析表明：当压力为0.9 MPa时获得最大比例（约占总产物的30%）的一维纳米结构，这些纳米结构被鉴定为非晶氧化硅（SiOx）纳米管（NTs），其顶端附着有呈拉长椭球状或类球状的富锗晶体纳米颗粒（NPs）。随着氩压从0.9 MPa降至0.03 MPa，纳米管的平均直径、壁厚和长度分别从57.9 nm、13.2 nm和2.1 μm减小至22.9 nm、6.7 nm和0.2 μm，顶端纳米颗粒尺寸也从139.0 nm缩减至41.7 nm。纳米管的直径、壁厚、长度与顶端锗纳米颗粒尺寸之间存在强相关性，这表明高温下熔融锗纳米颗粒作为催化剂核心，在气-液-固生长机制中促进了SiOx的析出。通过对比0.1-0.9 MPa条件下纳米管与无定形SiOx纳米线（NWs）的种子纳米颗粒SiOx析出量，阐明了纳米管的生长机制。我们认为相较于纳米线，较小的SiOx析出量对形成与熔融锗纳米颗粒尺寸/形状各异的封顶结构及纳米管生长具有关键作用。