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氧化镓纳米带和电池材料的制备

文字:[大][中][小] 2021-6-19  浏览次数:9440

氧化镓纳米带的制备研究
Synthesis of b-Ga2O3 Nanobelts

 

  纳米带是继纳米线、纳米管之后,在2001年新报道的又一种准一维纳米结构。本文介绍了Ga2O3纳米带制备的新方法。这种方法与首次报道的纳米带的生长方法有很大不同。用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物形貌进行了分析发现,纳米带宽约200nm,厚度约10nm,宽度-厚度比大于20。选区电子衍射(SAED)分析表明,产物是纯净的Ga2O3单晶。实验还发现了一些特殊形态的纳米结构,如纳米片、柳叶状纳米带等,证明了纳米带是纳米线之外Ga2O3一种很常见并稳定存在的形态。

  氧化镓(Ga2O3)是一种宽禁带半导体,Eg=4.9eV,其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。b-Ga2O3是一种透明的氧化物半导体材料,在光电子器件方面有广阔的应用前景,被用作于Ga基半导体材料的绝缘层,以及紫外线滤光片。它还可以用作O2化学探测器。由于量子尺寸效应等小尺度效应,往往会对低维纳米材料的输运和光学性能产生重要影响。因此,Ga2O3低维纳米结构的研究具有重要的意义。制备Ga2O3纳米线的方法有很多种:利用物理蒸发的方法得到了Ga2O3纳米线。此后范守善,X. C. Wu等,利用不同的催化剂,使用CVD的方法制备出了Ga2O3纳米线。X. C. W还研究了其光致发光性能。韩伟强使用GaN,石墨粉和镍粉混合物,利用电弧放电的方法得到了Ga2O3纳米线。2000年7月,GaTech.使用物理蒸发的方法制备出了ZnO等一系列半导体氧化物纳米带7。这是继纳米线、纳米管之后又一种新型的功能氧化物准一维纳米材料体系,有希望成为单分子功能纳米器件的组成部分之一。但是,对Ga2O3纳米带这种特殊形态的生长机制还不清楚。我们所制备的Ga2O3纳米带宽约200nm,厚度约10nm,宽度-厚度比大于20,是非常好的单晶,制备的纳米带的条件不尽相同。我们希望能够从对Ga2O3纳米带的研究中揭示其生长的机理。


 

  曲在硅片上长出的纳米带,在透射电镜(TEM)中进行观察(图5),并作了选区电子衍射(SAED)分析。选区电子衍射的结果表明(图5A-B),样品为Ga2O3单晶,属于单斜晶系。在透射电镜下还发现有扭曲形状的纳米带(图5D),可能是因为在生长过程中温度或者气压的扰动造成纳米带收缩继而又恢复生长。柳叶形纳米带的发现是非常出人意料的。图5C是很典型的一根柳叶形纳米带的透射电镜照片。这种形态的纳米带很多,但分布非常集中,长度在几个mm量级,宽度为100nm左右,大小与前述均匀的纳米带相一致。图5C中可以看出这些纳米带非常薄,只有几个纳米,电子束可以透过纳米带显示出带下面的铜网与碳膜。纳米带的这种厚度仅相当于几十个原子层堆跺而成,在电子束轰击下很容易使原子之间的共价键断裂,破坏晶体结构,使样品严重非晶化(图5E)。在电子加速电压降至100KeV时,仍然观察到明显的非晶化,说明纳米带极其薄。

 

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