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      2. 納米材料的形貌控制 - 圖文 - 下載本文

        非極性而導致的納米結構的生長,如圖5.3中所示的納米帶、納米棒/線、納米管、納米球等:另一類是極性面誘導生長得到的納米結構,如納米梳、納米四角結構、納米彈簧、納米環等結構。

        圖5.3 一系列非極性面誘導的ZnO納米結構:(a)納米帶 (b)納米線陣列 (c)納米管陣列 (d)納求螺旋槳 (e)舟孔納水線 (f)納米囚籠

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        圖5.4一系別極性面誘導的ZnO納米結構:a)單邊納米梳;(b)雙邊納米梳;(c)四腳納米結構:(d)六角納米片/納米環;(e)納米彈簧:(f)納米弓;(g)納米環;(h)納米螺旋。

        可以看出納米材料的形貌是多種多樣的,而形貌在很大程度上制約了這種納米結構的應用,如何控制實驗參數實現形貌的控制生長,在最大限度上滿足材料的應用要求是納米材料作為納米器件推廣應用的前提。在氣相合成納米材料和納米結構中,通過控制一些實驗參數,如反應溫度、襯底溫度、反應時間、氣流大小以及載氣氣氛等,在一定程度上實現了某些納米材料形貌的可控生長。Pan等

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        人在不同溫度的襯底上收集樣品形貌表明襯底的溫度對合成的納米結構的形貌有著要的影響。從高溫到低溫收集的樣品形貌依次為魚骨狀、葫蘆狀、紡錘狀、羽毛球狀和章魚狀的SiOx納米結構.如圖5.5所示。

        圖5.5 不同襯底溫度下得到的SiOx納米結構

        上面主要介紹了準一維納米材料和納米結構在四個方面控制生長的研究現狀。準維納米材料和納米結構的生長是熱力學和動力學綜合作用的結果。熱力學主要是研究平衡狀態下系統的變化過程:而動力學主要是研究非平衡狀態下的系統的變化過程。熱力學預言了反應進行的方向和程度,而動力學決定了反應進行的速度。就晶體生長而言,熱力學的Wulff定理決定了平衡狀態下晶體的幾何外形,即總表面能最低;動山學則導致生長的各向異性,表能量越高則晶面的生長速度越快。總的來說,準一維納米材料和納米結構的生長過程是一個偏離熱力學半衡的過程,通過人為地控制反應的實驗參數,調節反應偏離熱力學平衡態的程度,可以達到控制生長的目的。

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