无机纳米线 应用、性质与表征 英文PDF电子书下载

1．介绍 1

参考文献 5

2．历史渊源 7

参考文献 15

3．生长方法 17

3.1 简介 17

3.2 液相方法 17

3.2.1 模板法 18

3.2.1.1 模板制备 18

3.2.1.2 沉积方法 23

3.2.2 无模板法 32

3.2.2.1 水热法 32

3.2.2.2 超声化学法 34

3.2.2.3 表面活性剂辅助生长：软导向剂 35

3.2.2.4 催化剂辅助溶液生长法 36

3.3 气相方法 37

3.3.1 一维生长机理 38

3.3.1.1 使用客体金属簇的气—液—固模式 38

3.3.1.2 使用低熔点金属簇的气—液—固途径 39

3.3.1.3 使用大尺寸、熔化金属簇的气—液—固模式 40

3.3.1.4 气—液—固模式 40

3.3.1.5 氧气辅助生长（OAG）模式 40

3.3.2 气相纳米线合成所需原料的产生和反应器 40

3.3.2.1 热蒸发 41

3.3.2.2 激光烧蚀法 42

3.3.2.3 金属有机化学气相沉积 44

3.3.2.4 化学和分子束外延 47

3.3.2.5 等离子电弧放电方法 49

3.4 批量生产方法 50

3.4.1 热丝化学气相沉积法 50

3.4.2 超临界流体方法 52

3.4.3 等离子体直接氧化法 52

3.4.4 使用等离子体放电的直接反应法 53

3.5 未来的发展方向 55

参考文献 57

4．纳米线生长过程的热力学和动力学 61

4.1 简介 61

4.2 气—液—固法生长的热力学考量 63

4.2.1 熔化的金属液滴的热力学考量 63

4.2.1.1 Gibbs—Thompson方程 63

4.2.1.2 从熔化的金属合金液滴中成核 65

4.2.1.3 从不同的熔化金属液滴中成核 66

4.2.1.4 自发成核过饱和的热力学评估 70

4.2.1.5 尖端诱导纳米线生长所需金属的合理选择（避免成核） 73

4.2.1.6 改善熔化金属尖端诱导生长的实验条件 76

4.2.2 界面能和尖端诱导生长 77

4.2.2.1 界面能在纳米线生长稳定性中的作用 77

4.2.2.2 界面能在纳米线晶面选择中的作用 81

4.2.2.3 界面能在纳米线生长方向中的作用 85

4.3 VLS生长方法制备纳米线的动力学考量 87

4.3.1 气—液—固平衡的动力学 87

4.3.2 直接碰撞在生长动力学中的作用 89

4.3.3 表面扩散在生长动力学中的作用 91

4.3.4 直接碰撞和表面扩散 94

4.3.5 表面扩散在金属液滴上的作用 95

4.3.6 纳米线间距的作用 97

参考文献 98

5．纳米线生长模拟 101

5.1 简介 101

5.2 稳定晶面的表面能：以硅纳米线为例 102

5.3 单跟纳米线生长模拟 104

5.3.1 模拟策略 105

5.3.2 动力学蒙特卡罗模拟结果 108

5.3.3 生长方向和晶面上的实证结果 112

5.4 多核模拟和一维结构生长 115

5.5 纳米线阵列的生长模拟 117

参考文献 121

6．半导体纳米线 123

6.1 简介 123

6.2 硅纳米线 123

6.2.1 四氯化硅／氢气体系 124

6.2.2 VLS生长中的硅烷原料 134

6.2.3 其他原料 135

6.2.4 氧化物辅助合成 136

6.2.5 模板辅助合成 137

6.2.6 等离子增强 138

6.2.7 硅纳米线掺杂 139

6.2.8 硅纳米线性能 140

6.3 锗纳米线 142

6.3.1 以锗粉为原料合成锗纳米线 143

6.3.2 锗烷和相关原料 146

6.4 催化剂选择 147

6.5 Ⅲ—Ⅴ族纳米线 148

6.5.1 GaAs纳米线 149

6.5.2 InAs纳米线 152

6.6.3 InP纳米线 152

6.5.2 GaP纳米线 154

参考文献 155

7．相转变材料 161

7.1 简介 161

7.2 相转变纳米线生长 162

7.3 与PRAM有关的性能 167

参考文献 169

8．金属纳米线 171

8.1 铋纳米线 171

8.2 银纳米线 173

8.3 铜纳米线 174

8.4 镍纳米线 176

8.5 锌纳米线 178

参考文献 180

9．氧化物纳米线 183

9.1 简介 183

9.2 合成策略 184

9.2.1 催化剂辅助合成方法 184

9.2.2 使用低熔点金属的直接氧化法 190

9.2.2.1 熔化金属簇的直接氧化 190

9.2.2.2 低熔点金属氧化物的直接化学／反应性气相沉积 193

9.2.3 高熔点金属氧化物的化学气相输运或沉积 196

9.2.4 金属箔的等离子氧化和热氧化 202

9.3 定向生长和形貌控制 206

9.3.1 支状纳米线结构 206

9.3.2 网状纳米线 208

9.3.3 纳米带 209

9.3.4 管状纳米结构 212

9.3.4.1 高熔点金属氧化物 212

9.3.4.2 低熔点金属氧化物 213

9.4 氧缺陷、掺杂和相转变 214

9.4.1 氧缺陷 214

9.4.2 掺杂和合金化 216

9.4.3 金属氧化物纳米线的相转化 217

参考文献 220

10．氮化物纳米线 225

10.1 简介 225

10.2 第三族氮化物纳米线的合成 225

10.2.1 催化剂辅助合成 226

10.2.1.1 前驱体选择 229

10.2.1.2 外延阵列生长的基底 230

10.2.1.3 催化剂选择和过程变数 231

10.2.1.4 纳米线生长方向控制 232

10.2.2 直接反应和自催化方法 233

10.2.2.1 生长方向控制 239

10.2.3 纳米管合成 240

10.2.4 微米／纳米形貌 243

10.2.4.1 第三族氮化物纳米带 243

10.2.1.2 锥形结构 245

10.3 纳米线的支化 247

10.3.1 单支化或树状结构 247

10.3.2 多支化 248

10.4 第三族氮化物纳米线的直径减小 249

10.5 方向依赖性的性能 252

参考文献 254

11．其他纳米线 257

11.1 简介 257

11.2 锑化物 260

11.2.1 锑化锌 260

11.2.2 其他锑化物 263

11.3 硒化物 264

11.3.1 硒化铋 264

11.3.2 硒化镉 265

11.3.2 其他硒化物 265

11.4 硫化物 266

11.4.1 硫化锌 266

11.4.2 其他硫化物 267

11.5 硅化物 269

参考文献 269

12．在电子装置中的应用 275

12.1 简介 275

12.2 硅纳米线晶体管 278

12.3 纵向晶体管 280

12.4 锗纳米线晶体管 284

12.5 电子装置中的氧化锌和其他纳米线 286

12.6 Ⅲ—Ⅴ族晶体管 289

12.7 存储器件 290

12.7.1 相变随机存取存储器 292

参考文献 296

13．在光电子装置中的应用 299

13.1 简介 299

13.2 光探测器 299

13.3 发光二极管 303

13.4 纳米尺度激光器 306

参考文献 310

14．在传感器中的应用 313

14.1 简介 313

14.2 化学传感器 314

14.2.1 传感器需求和纳米材料的作用 314

14.2.2 传感器构建中的纳米线 317

14.2.3 传感机理 327

14.2.4 选择性和电子鼻 331

14.3 生物传感器 337

14.3.1 纳电极阵列 340

参考文献 344

15．在能量领域的应用 349

15.1 简介 349

15.2 太阳能电池 350

15.2.1 染料敏化太阳电池 350

15.2.1.1 二氧化钛纳米线基染料敏化太阳电池 353

15.2.1.2 氧化锌纳米线基染料敏化太阳电池 357

15.2.1.3 氧化锡纳米线基染料敏化太阳电池 358

15.2.1.4 染料敏化太阳电池用无机纳米管、高分子和Nb2O5纳米线 358

15.2.1.5 量子点敏化纳米线基太阳电池 360

15.2.1.6 杂化／复合结构 360

15.2.1.7 输运和复合 363

15.2.2 直接吸收PEC电池 366

15.2.3 p—n结太阳电池 366

15.2.4 用于化学转换的PEC电池 368

15.3 电致变色器件 373

15.4 锂离子电池 377

15.4.1 阳极材料的挑战 378

15.4.2 阴极材料面临的挑战 379

15.4.3 可用作阳极的一维材料 380

15.4.3.1 碳纳米管（CNTs） 380

15.4.3.2 金属／金属氧化物纳米线 381

15.4.3.3 硅纳米线和相关材料 386

15.4.4 纳米线架构 387

15.4.4.1 纳米金属簇装饰的金属氧化物纳米线的设计原则 387

15.4.4.2 导电衬底上的纳米线阵列 389

15.4.4.3 三维几何结构的杂化概念 390

15.4.5 纳米线基阴极材料 391

参考文献 393

16．其他应用 399

16.1 场发射装置 399

16.1.1 背景 399

16.1.2 功函数（φ） 400

16.1.3 场发射性能测试 401

16.1.4 纳米线基材料的场发射特征 404

16.2 热电装置 414

参考文献 416

索引 421