一维纳米材料的制备概述
一维纳米材料的制备、表征及应用
一维纳米材料的制备、表征及应用赵婷婷【摘要】一维纳米材料是指仅长度为宏观尺度，其他方向为纳米尺度的新型材料，在光电子、生物医用、纳米传感、纳米储能等诸多领域具有潜在的应用前景，已成为21世纪化学、物理学、材料学及生命科学等科技领域的研究热点。
本文介绍了一维纳米材料的制备方法，阐述了一维纳米材料各种生长机理，总结了一维纳米材料的表征方法，及在物理、化学、机械、材料等领域的应用。
%One-dimensional nanomaterials , which was a new special structure of substances on nanomerter size at only one dimension , had potential applications such as potoelectron , biological and medical , nano -sensing and nano?energy storage and so on.It became a hot investigation point and was very important to explore and development new synthetic technologies of 1-D nanometer materials for fundmental and application.Most kinds of synthesis techniques , growth mechanism , characterization methods and applications in physics , chemistry , mechanics , energy , etc.were summarized.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)020【总页数】3页(P24-26)【关键词】一维纳米材料;制备;表征;应用【作者】赵婷婷【作者单位】绵阳职业技术学院，四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】O799纳米技术是近几年崛起的一门崭新的高科技技术.它是研究现代技术与科学的一门重要学科，也是当前物理、化学和材料科学的一个活跃的研究领域，随着科技的发展，纳米科技越来越受到人们的关注。
一维纳米材料概述
概述§1 一维纳米材料的发现及发展1.1气－液－固的生长机制制备半导体纳米线1.2层状卷曲机制制备一维纳米材料§2 纳米碳管的发展现状§3 纳米碳管的应用前景及发展方向3.1应用前景3.2发展方向§1一维纳米材料的发现及发展准一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度为宏观尺度的新型纳米材料。
1.1 气－液－固的生长机制制备半导体纳米线利用气－液－固的生长机制的激光烧蚀法制备半导体纳米线，通过控制催化剂合金颗粒的粒径和生长时间，实现了对多种纳米线的直径与长度的控制。
表1.1 用激光烧蚀法制备的半导体纳米线1.2 层状卷曲机制制备一维纳米材料主要利用低温水热合成方法制备一维纳米材料。
图1.1 层状卷曲机制示意图图1.2 层状卷曲机制制备的一维纳米材料(a)金属Bi纳米线；(b) 二硫化钨纳米线；(c) 金属钨单晶纳米线；(d) ZnO单晶有序阵列表1.2 层状卷曲机制制备的一维纳米材料§2 纳米碳管的发展现状1970年日本的大泽映二准确画出了C60的图形1985年H. W.Kroto和R. E. Smalley等用质谱仪研究激光蒸发石墨电极时发现了C60，并把具有类似的笼状结构的物质命名为富勒烯1990年W. Kratschmer等用石墨作电极通过直流电弧放电得到宏观量的C60,进而推动了富勒烯的研究1991年日本的饭岛博士首次用电弧蒸发法在高分辨电镜中发现了纳米碳管1992年T. W. Ebbesen和P. M. Ajayan合成了纯度更高的克量级纳米碳管1993年M. J. Yacaman等用化学气相沉积法以乙炔为碳源用铁作催化剂合成了多壁纳米碳管1994年S. Amelinckx用化学气相沉积法合成螺旋状纳米碳管1994年T. Gao等用激光照射含有镍和钴的碳靶得到单壁纳米碳管1994年P. M. Ajayan等将多壁纳米碳管与聚合物复合切成50-200nm后的薄片后首次得到排列整齐的多壁纳米碳管1996年A. Thess等用双脉冲激光照射含Ni/Co催化剂颗粒的炭块得到单壁纳米碳管形成的管束1996年戴宏杰等以CO为气源纳米颗粒的钼为催化剂合成出了单壁纳米碳管1997年C. Journet等用Ni/Y作催化剂得到高产率的单壁纳米碳管1998年成会明等首次得到了直径为1-2nm的单壁纳米碳管和由多根单壁纳米碳管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带1998年戴宏杰首先实现了在简单电路上生长单根单壁纳米碳管1999年成会明等开发出制备大量高纯度单壁纳米碳管的半连续氢电弧法2000年解思深等制得最小内径为0.5nm的多壁纳米碳管2001年R. R. Schlittler等热解有纳米图形的前驱体通过自组装合成了单壁纳米碳管单晶图1.3 各种纤维状炭的直径与平均层间距（d200）的比较§3 纳米碳管的应用前景及发展方向3.1 应用前景诺贝尔奖获得者R. E. Smalley称“纳米碳管将是价格便宜,环境友好并为人类创造奇迹的新材料”，可从以下六个方面进行说明：3.1.1 纳米尺度的器件表1.3 纳米碳管的可能应用领域3.1.2 制造纳米材料的模板图1.4 纳米碳管作模板进行的填充、包敷和空间限制反应的示意图3.1.3 电子材料和器件纳米碳管的特殊电性能使之适用于微电路中的量子线和异质结。
一维纳米材料的制备与应用
一维纳米材料的制备与应用纳米材料是指尺寸在1到100纳米之间的物质，它具有许多优异的物理、化学和生物学特性，因此已成为材料科学、能源、生物技术、医学、环境保护等领域的研究热点。
其中，一维纳米材料尤为重要，因为其具有独特的电子、光学和力学性能，可以应用于电子器件、光电器件、催化剂、储能材料、生物传感器等领域。
一维纳米材料的制备方法包括物理法、化学法和生物法等。
物理法主要是通过物理手段对大分子材料、金属材料、半导体材料等进行削减、拉伸、蒸发、溅射等处理，形成纳米尺寸的单一立体结构。
例如，使用电弧放电法、溅射法、立体雾化法等可制备出金属纳米管、碳纳米管、金属氧化物纳米线等一维纳米材料。
化学法主要是通过化学反应合成一维纳米材料，具体反应条件和形成机制有很大的差异。
例如，溶胶-凝胶法可以实现制备稳定的纳米材料分散液，高温固态反应可制备出金属硫化物、硬质合金等一维纳米材料。
近年来，还出现了一些特殊的“引导物”或“模板”化学合成方法，通过引导剂的作用，形成特定形态、粒径的一维纳米材料。
生物法主要是通过使用生物体复制或控制纳米材料的生长、组装、大小和形状。
这种方法既环保又成本低廉，可以制备出高质量、低成本、具有生物相容性和可生物降解性的一维纳米材料。
例如，DNA、蛋白质、细胞等都可以作为纳米结构的模板，利用生物分子的特殊识别、自组装、生物信号转导等生物功能，在其表面或内部包裹和控制所需的纳米材料。
无论采用以上哪种合成方法，在制备一维纳米材料时，最关键的是要控制好纳米尺度的大小和形态，同时要尽可能避免一维纳米材料的外表面缺陷、内部结构杂质和纳米尺度效应的影响。
一维纳米材料的应用十分广泛，从电子器件到生物传感器，在很多领域中都有应用。
例如，纳米线、纳米管、纳米带等一维纳米材料可以作为高效率能源存储器件或传感器件的核心材料；金属、金属氧化物、碳纳米管等一维材料可以作为高效的催化剂，提高化学反应的速率和选择性；生物纳米线、蛋白质纳米线等一维生物材料则可以用于生物分子传感和制备高灵敏度的生物传感器。
一维纳米材料制备
导热性能（声子传送特性） 当硅纳米线直径小于20 nm时，声子色散的关系可能会改
变（由声子局限效应造成），导致声波速度和热导率大大 低于标准值。分子动力学模拟还表明，在200K到500K的温 度范围内，硅纳米线的热导率比硅块低2个等级。
纳米线的特性及其应用
导电性能 尺寸下降导致导电性能的转变。如Bi纳米线在52nm时由金 属转变为半导体；Si纳米线在15nm时由半导体转变为绝缘 体
通过对一些氧化物纳米线（如SnO2) 电学输运性能（如 电导率）的检测，就可能对其所处的化学环境作出检测，可 用于医疗，环境，或安全检查。
纳米线的制备策略
问题：如何控制晶核（纳米颗粒）的尺寸和生长方向？
局限于特殊结 构的材料
VLS 机制
晶体结构的各项异性导致定向生 长。生长速率 Si {111}< Si{110}
• 液相自发组装
• 基于模板合成（模板法）
• 静电纺丝
纳米线的自发生长
• 气相法 - 气-固（VS）生长机理 - 气-液-固（VLS）生长机理
• 液相法 - 溶液－液相－固相机理 (SLS) - “毒化”晶面控制生长的机理（包覆法）； - 溶剂热合成方法。
气相法
在合成纳米线时, 气相合成可能是用得最多的方法。
气-固生长机理又称为位错机理，是通过气-固反应形核并长成纳米线的过程。 是一种经常采用的晶须生长机理。 气固机理的发生过程： • 通过热蒸发或气相反应等方法产生气相； • 气相分子或原子被传输到低温区并沉积在基底上； • 在基底表面反应、形核与生长，通常是以气固界面上微观缺陷 (位错、
孪晶等) 为形核中心生长出一维材料。
碳纳米管制造人造卫星的拖绳
第四章-一维纳米材料ppt课件
Au-Ag-Au-Ag nanowire
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1.3 硬模板：碳纳米管(carbon nanotubes)
用于制备碳化物纳米棒的反应路线示意图
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碳纳米管
以碳纳米管为模板合成的
GaN纳米线
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1.4 硬模板：外延模板法
“外延模板法”制备单晶GaN 纳米管的过程示意图 20
A) TEM images of Ag/SiO2 coaxial nanocables that were prepared by directly coating silver nanowires with an amorphous silica sheath using the sol-gel method.
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1.2 硬模板：多孔氧化铝膜(AAO)
结构特点是孔洞为六边形或圆形且垂直于膜面，呈 有序平行排列。孔径在5至200nm 范围内调节，孔密 度可高达1011 个/cm2。
184nm
477nm
666nm
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利用AAO模板合成纳米材料
沉积
电抛光 纳米棒
阳极氧化
Al 纳米有序阵列复合结构
纳米管
纳米粒子
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2.6 软模板法特点： (1) 模拟生物矿化； (2)软模板的形态具有多样性； (3)容易构筑，不需要复杂的设备； (4)稳定性较差，模板效率不够高。
33
2.7 模板法制备纳米材料的比较 共性：能提供一个有限大小的反应空间 区别：硬模板提供的是静态的孔道,物质只能从开口
处进入孔道内部 软模板：提供的则是处于动态平衡的空腔,物质可以
杂后的C60表现出良好的导电性和超导性。 57
碳60超导体
C60中掺杂，引入碱金属、碱土金属原子，
一维纳米材料的制备
的优点，被称为纳米多孔金属材料。
由于贵金属价格昂贵，且资源稀少，提高其利用率以减少其载量对催 化剂的设计非常重要。
江苏大学
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氮化碳除了具备高硬度和高弹性外，还具有耐磨损、防腐蚀、 耐高温等优异性能，其耐高温和化学稳定性要大大优于金刚石， 在机械加工领域具有良好的应用前景。 它还具有宽能带间隙、高热导、光学非线性，是制造半导体和 光学器件的候选材料，也有可能是一种理想的场致发射材料。
江苏大学
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3、石墨烯及其制备
2004年，英国曼切斯特大学科学家Geim A K等人，通过胶带反复剥离石墨片获得一个 原子厚度的石墨单片—石墨烯(graphene)。
石墨烯是普遍存在于其他碳材料中，并可以 看作是其他维度碳基材料的组成单元。
三维的石墨可以看作是由石墨烯单片经过堆 砌而形成；零维的富勒烯可看作由特定石墨 烯形状团聚而成；而石墨烯卷曲后就可形成 一维的碳纳米管结构。
先进材料的制备及加工技术
江苏大学材料科学与工程学院
江苏大学
第三讲 一维纳米材料的制备
纳米线的制备
纳米柱的制备
碳纳米管制备
碳纳米管阵列制备
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第四讲 二维纳米材料制备
纳米薄膜简介
纳米薄膜制备技术
石墨烯及其制备
江苏大学
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1、纳米薄膜简介
典型的碳纳米管在溶液中易聚集成束，几乎不溶于任何溶剂，大大 限制了CNTs在各方面的应用。 近年来，人们利用表面活性剂的包裹作用或CNT 与大π共轭体系之 间的π- π相互作用，成功的将CNTs分散在不同溶剂包括水中。 经过化学反应修饰和各种官能化， 除能获得CNTs的分散液外，还 能增加其与基体的界面结合力，为CNTs的组装及表面反应提供了可 能，基于CNT分散液的诸多薄膜材料相继被成功开发。 由于具有优良的电子电导性、化学稳定性，以及高的比表面积等独 特的物理化学性能，CNT 薄膜可在化学催化、智能响应等领域得到 应用。
一维纳米材料的制备与性能研究
一维纳米材料的制备与性能研究纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊性质和应用潜力的材料。
其中，一维纳米材料是指在至少一个维度上具有纳米尺度的材料。
一维纳米材料的制备与性能研究是纳米科学与纳米技术领域的重要研究方向之一。
一维纳米材料的制备方法多种多样，其中最常见的方法是化学合成法。
化学合成法通过控制反应条件和添加特定的助剂，可以实现对纳米材料形貌、尺寸和结构的精确调控。
例如，碳纳米管就是一种常见的一维纳米材料，它可以通过化学气相沉积法、电弧放电法等方法制备得到。
此外，金属纳米线、半导体纳米线等也是常见的一维纳米材料，它们可以通过模板法、溶液法等方法制备。
一维纳米材料的制备方法对其性能具有重要影响。
首先，制备方法可以影响纳米材料的形貌和尺寸。
例如，碳纳米管的直径和壁厚可以通过调控反应温度和碳源浓度来控制。
其次，制备方法还可以影响纳米材料的结构和组成。
例如，金属纳米线的晶格结构和晶面取向可以通过控制溶液中的配位剂和表面活性剂来调控。
最后，制备方法还可以影响纳米材料的表面性质和界面特性。
例如，通过在化学合成过程中加入特定的表面改性剂，可以实现对纳米材料表面的修饰，从而改变其表面能和化学活性。
一维纳米材料的性能研究是纳米科学与纳米技术领域的热点研究方向之一。
一维纳米材料具有独特的电子、光学、热学和力学性质，因此在能源、电子、光电和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
例如，碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，可以用于制备高性能的导电材料和复合材料。
金属纳米线具有优异的电子输运性能，可以用于制备高性能的电子器件和传感器。
半导体纳米线具有优异的光学性能，可以用于制备高效的光电器件和光催化材料。
此外，一维纳米材料还具有较大的比表面积和较好的可控性，可以用于制备高效的催化剂和吸附材料。
在一维纳米材料的性能研究中，表征方法的发展起到了重要的推动作用。
传统的表征方法如透射电子显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射等可以用于观察纳米材料的形貌和晶体结构。
一维纳米材料的制备与性能调控
一维纳米材料的制备与性能调控纳米材料作为一种新兴的材料，在化学、物理、材料等领域得到了广泛的研究与应用。
而其中的一维纳米材料，如纳米线、纳米管等，由于其特殊的形态和独特的性能，在纳米科技领域中备受关注。
一维纳米材料的制备是研究的重点之一。
目前，有许多制备方法被提出，如气相沉积法、溶液法、模板法等。
其中，气相沉积法是一种非常常用的制备方法。
通过在适宜温度下将一定的原料气体从反应装置中通过材料的表面，使原料气体中的金属元素进行气相反应，从而得到所需的一维纳米材料。
而溶液法则是通过在相应的溶剂中溶解金属盐或有机物来制备一维纳米材料。
模板法则是利用一定孔洞结构的模板来造就纳米材料的特定形态。
除了制备方法外，一维纳米材料的性能调控也是非常重要的研究内容。
在纳米材料中，尺寸效应、表面效应和界面效应等对其性能具有重要影响。
一维纳米材料的尺寸通常非常小，因此具有较大的比表面积，这使得一维纳米材料在比传统材料更容易表现出与物质结构和性能相关的尺度效应。
此外，一维纳米材料的形态也会影响其电子结构、光学性质、热学和力学性质等。
因此，通过调控一维纳米材料的尺寸和形态，可以实现对其性能的精确控制和调节。
在电子和光学领域，一维纳米材料由于其优异的电学性能和光学性能，展示出了巨大的应用潜力。
一维纳米材料的带隙由于量子限制效应，往往会变得非常大，因此它们具有较高的载流子迁移率和较低的杂质敏感性。
这使得一维纳米材料在光电器件和集成电路等方面具有重要的应用价值。
此外，由于一维纳米材料具有准无限的长度，这种结构特点使得它们能够有效地捕获光能，并具有广泛的吸收能力。
因此，一维纳米材料在太阳能电池、光催化和传感器等领域也有着广阔的应用前景。
此外，一维纳米材料还在能量存储和传输领域具有重要的应用潜力。
由于其高比表面积和孔隙结构，一维纳米材料能够有效地嵌入或吸附更多的离子，从而提高电容器和电池的能量存储密度。
同时，由于其特殊的形态和结构，一维纳米材料具有较低的电阻和较高的导电性能，能够有效地降低电路中的能耗。
一维纳米材料
一维纳米材料
一维纳米材料是指至少有一个尺寸在纳米尺度（10^-9米）范围内的材料，但
其它两个维度的尺寸可以远远大于纳米尺度。
一维纳米材料包括纳米线、纳米棒、纳米管等，这些材料在纳米尺度下呈现出特殊的物理和化学性质，因此被广泛应用于各种领域。
一维纳米材料的制备方法多种多样，包括化学气相沉积、溶液法合成、电化学
沉积等。
其中，化学气相沉积是一种常用的方法，通过在高温下将气态前驱体转化为固态纳米材料，可以制备出高质量、高纯度的一维纳米材料。
溶液法合成则是通过在溶液中加入适当的前驱体，利用溶剂的挥发或化学反应来制备一维纳米材料，这种方法简单易行，适用于大规模生产。
一维纳米材料具有许多独特的性质，例如，纳米线的电学性质优异，可以用于
制备高性能的电子器件；纳米管具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于纳米材料复合材料的制备；而纳米棒则具有优异的光学性能，可用于制备高效的光电器件。
这些特殊的性质使得一维纳米材料在电子、光电、传感、催化等领域有着广泛的应用前景。
除了应用领域的广泛性外，一维纳米材料还具有很强的研究价值。
通过对一维
纳米材料的研究，可以深入了解纳米尺度下的物理和化学性质，为纳米材料的设计与制备提供理论基础。
同时，一维纳米材料还可以作为纳米材料复合材料的增强相，提高复合材料的力学性能和热学性能。
总的来说，一维纳米材料具有独特的物理和化学性质，具有广泛的应用前景和
研究价值。
随着纳米技术的不断发展，一维纳米材料必将在各个领域发挥重要作用，推动科技的进步。
水热法制备ZnO一维纳米材料
微乳液法、固相法、综合法等。
三. 实验内容
1.沉淀法制备纳米ZnO颗粒
用移液管量取1mol/L的ZnC2O410mL于烧杯中， 加入去离子水40mL，再量取1.5mLOP-4、OP-10的 混合液于该烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀。用 电子天平称取H2C2O4固体1.2615g置于烧杯中，加 入适量去离子水，溶解后转移至酸式滴定管中， 慢慢滴加入烧杯（搅拌条件下），待加完后将沉 淀产物在80 C条件下烘干，表征。
去杂质,80℃烘干,表征。
2. 一维纳米氧化物的性质与应用
氧化物准一维纳米材料（纳米线、纳
米棒、纳米碳管等）由于其本身的纳米尺
度；并且大多是优良的半导体， 在光学材 料、复合材料、传感器、催化剂等方面有 广阔的应用前景。
3. 一维纳米氧化物的主要制备方法
物理法: 激光沉积法、真空蒸发法、辉光 放电和溅射法等等。 化学法：化学气相沉积、水热法、热分解 前驱物法、电化学法、模板法、
物就表现出了很好的电化学、光学性质、光催化、
湿敏性能等。制备高度均一的、可控的一维氧化 物材料已成为近年来研究的热点。
二. 概述
1. 关于一维纳米材料的研究地位 一维或准一维纳米结构体系或纳米材 料的研究，既是研究其他低维材料的基础， 又与纳米粒子器件及微型传感器密切相关， 是近年来国内外研究的前沿。
水热法制备ZnO一维纳米材料
一. 研究背景
众所周知，由于纳米材料表现出迷人的物理 和化学性质而正受到前所未有的关注，不同结构、 不同形貌的纳米材料所表现出来的性质也不尽相 同，因而制备不同形貌、不同结构的纳米材料正
引起学者们浓厚的兴趣。近年来一维氧化物材料
表现出来的优良特性更是倍受关注，如一维氧化
。
无机化学-一维纳米材料合成
GaN nanowire
C. M. Lieber, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 188
ZnO，SnO2，In2O3，CdO，Ga2O3和PdO2
Z. R. Dai, Z. W. Pan, Z. L. Wang, Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 9.
R. M Penner, Science 2001, 293, 2227
准直孔道的多孔化合物为模板
介孔分子筛类 聚合碳酸酯类 阳极氧化铝类
MCM-41 SBA-15
J. Soler-Illia Curr. Opin. Colloid-Interface Sci. 2003, 8, 109
nickel nanowires inside channels of SAB-15
1、气相生长 2、模板生长 3、液相生长 4、组装生长
利用气相生长来制备一维纳米材料，一般 需要将前驱体加热到一定温度。常见的处 理包括直接加热金属表面和化学气相沉积。
利用多种辅助手段，可以得到了包括纳米管、 带、线在内的按特定生长面单方向或多方向生 长的一维纳米材料。
Cu新鲜表面快速升 温到400 ~ 700℃ CuO纳米线
模板法使得纳米材料的生长可以按照人们的意愿来 进行，产物基本涵盖了目前可制备的一维纳米材料。 一些辅助手段保证了产物的结构完整性和形貌可控性， 并且很容易获得良好的纳米阵列。但它的缺点也比较 突出：首先是模板与产物的分离比较麻烦，很容易对 纳米管/线造成损伤；其次，模板的结构一般只是在 很小的范围内是有序的，很难在大范围内改变，这就 使纳米材料的尺寸不能随意地改变；第三，模板的使 用造成了对反应条件的限制，为了迁就模板的适用范 围，将不可避免地对产物的应用造成影响。
第一章 一维无机纳米材料的制备方法
【文献综述】一维无机纳米材料的制备方法一．气相法制备①汽-液-固（VLS）机理生长方法一（VLS生长法）：1．以液态金属团簇催化剂作为反应物。
2. 将要制备的一维纳米材料的材料源加热形成蒸汽。
3. 蒸汽扩散到液态金属团簇催化剂表面，形成过饱和团簇后在催化剂表面饱和析出，从而形成一维纳米结构备注：液态金属催化剂液滴的尺寸决定了制备出的纳米线的直径。
方法二（激光烧蚀法+VLS生长法）：1.用含有少量Fe、Au、Ni等金属催化剂的硅粉作为烧蚀靶2.以氩气作为保护气3.在陶瓷管中以一定温度下激光蒸发就可获得纳米线备注：激光烧蚀法制备出的纳米线直径小于VLS生长法催化剂的选定：根据相图选定一种能与纳米线材料形成液态合金的金属催化剂温度的选定：根据相图选定液态合金和固态纳米线材料共存区及制备温度在纳米线生长头部有一个催化剂纳米颗粒应用：VLS生长机理可以应用于制备一维无机纳米材料，例如元素半导体，半导体，氧化物等。
但不能制备一维金属纳米材料。
同时还应继续探索去除金属催化剂的后处理工序。
②氧化物辅助生长方法：1.用SiO2取代金属催化剂制成硅靶，2.采用激光烧蚀法，热蒸发，化学气相沉积法大规模制备硅纳米线备注：1.氧化物在硅纳米线的成核及生长过程中起主导作用2.不需要金属催化剂，避免了金属污染，保证了硅纳米线的纯度。
应用：除了硅以外，还可以制备Ge、C、SiC等Ⅳ族元素及化合物半导体，GaN等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及ZnO和ZnS等Ⅱ-Ⅵ族材料，并可制备包括线、棒、共轴线、链和丝带状在内的一维纳米结构。
③气-固（VS）生长方法：1.将一种或几种反应物在反应容器的高温区加热形成蒸汽2.利用惰性气体的流动输送到低温区或者通过快速降温使蒸汽沉积下，从而制备出各种纳米材料备注：1.可分为固体粉末物理蒸发法和化学气相沉积法。
前者属于物理过程，后者在形成蒸汽后发生了化学反应。
且此方法不需加入金属催化剂。
2.纳米线外部包围氧化物层3.所需制备温度较高4.制备得到的纳米材料质量较高应用：氧化铝纳米带、氧化锌、氧化锡、氧化铟纳米带，氧化铝、氧化镁及氧化锌纳米棒，氮化镓和硫化镉钠米线。
一维纳米材料
当下列等式成立时，二维成核便开始进行
（P/Pe）crit=exp(πhΩγ2/65k2t2) 式中： P ——晶须晶体表面附近气相压力，Pa； Pe——晶体表面附近气相处于平衡状态时的压力， Pa； γ ——晶体表面能，J/m2； Ω ——分子体积，m3； K ——Boltyman 常数，1.38×10-23 J/K； T ——热力学温度，K。
“电介质差异模型”（Dielectric Contrast Model）来
4.3 碳纳米管
围成纳米管截面圆周的手性矢量AA’
纳米管的结构示意图
4.3.2 碳纳米管的制备
石墨棒直流电弧放电法制备碳纳米管的工艺装置示意图
掺硼（B）硅纳米线场效应晶体管电流I 和电压Vsd 的关系曲线
4.2.2 单根纳米线的光学性质
纳米线取向、尺度大小与电子态密切相关， 因而会在光谱上表现出它们之间的依赖关系。
不同直径的单根InP 纳米线的光致发光（PL）谱（a，b） 及其有效质量模型（EMM）模型拟合数据（c，d）
单根InP 纳米线的光致发光谱呈现的偏振 各向异性
2SnO(g) ⇔ Sn（l）＋SnO2 SnO2(s) ⇔ SnO(g)＋1/2O2
自催化VLS 生长方法合成掺锡氧化铟 （In2O3:Sn， ITO）纳米线
4.1.1.2 纳米线异质结（超晶格）的合成
GaAs/GaP 纳米线异质结
GaP/GaAs 纳米线超晶格
4.1.2 液相法制备
气相法适合于制备各种无机半导体纳米线 （管）。对于金属纳米线，利用气相法却难 以合成。液相法可以合成包括金属纳米线在 内的各种无机、有机纳米线材料，因而是另 一种重要的合成一维纳米材料的方法。
4.1.1 气相法制备
一维纳米材料的制备方法和性质应用
一维纳米材料的制备方法和性质应用纳米材料（nano materals）是指尺寸处于1-110nm之间的材料，或者更广泛的说至少有一个维度处于纳米尺寸范围的材料。
一维纳米材料，指材料的空间尺寸在三维方向上有两维处于纳米尺度范围内，主要形貌包括纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带等。
一维纳米材料具有广阔的潜在应用前景,如高密度存储记忆元件、超微型纳米阵列激光器、新型电子器件带等;制备出的一维纳米材料对基础研究和应用研究具有重要意义；一维纳米材料的制备方法以及其在能量转化、激光器和传感器等方面的应用研究情况。
一维纳米材料的制备方法目前制备一维纳米材料包括纳米电缆的方法很多，比较有代表性的有：电弧放电法、化学气相沉积法、激光溅射法、模板法。
（1）电弧放电法电弧放电法是制备纳米碳管最原始的方法,该方法也用于制备其它一维纳米材料。
在一个充有一定压力的惰性气体反应室中,装有一大一小两根石墨棒,其中面积大的为阴极,小的为阳极,两极间距为 1 mm。
Ebbesen T W 在直流电流为100 A,电压18 V, Ar气压66650 Pa (500 Torr )的条件下进行实验。
在放电产物中获得了大量的纳米碳管。
（2）化学气相沉积法化学气相沉积法通常是指反应物经过化学反应和凝结过程,生产特定产物的方法。
Yang等将MgO与碳粉作为原材料,放入管式炉中部的石墨舟内,在高纯流动Ar气保护下将混合粉末加热到约1200℃,则生成的MgO蒸气被流动Ar气传输到远离混合粉末的纳米丝生长区,制备了定向排列的MgO纳米丝。
Zhang等将经过8h热压的靶95%Si、5%Fe 置于石英管内,石英管的一端通入Ar气作为载气,另一端以恒定速率抽气,整个系统在1200℃保温20h后,成功地制备了上百微米的Si纳米线。
（3）激光溅射法(包括激光沉积法)激光溅射法也是制备一维纳米材料的重要方法。
激光溅射法所用的设备包括激光源、聚光镜、目标靶、管式炉、冷却环、真空泵和气流阀等几个部分组成。
一维纳米材料的制备方法
一维纳米材料的制备方法一维纳米材料是指具有纳米尺度的直径和较长的长度的材料，如纳米线、纳米管和纳米棒等。
这些材料具有独特的电子、光学、力学和热学性质，在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
为了制备一维纳米材料，研究人员开发了多种方法，包括物理法、化学法和生物法。
物理法是一种常用的制备一维纳米材料的方法。
其中，溅射法是制备纳米线和纳米管的一种常见物理法。
溅射法通过在高真空环境中将目标材料置于靶枪中，通过高能粒子轰击目标材料，使其表面原子脱离并沉积在基底上，从而形成纳米结构。
溅射法可以制备多种材料的一维纳米结构，包括金属、半导体和磁性材料等。
化学法是另一种常用的制备一维纳米材料的方法。
其中，气相沉积法是制备纳米线和纳米管的一种常见化学法。
气相沉积法通过将金属有机化合物或金属气体在高温下分解，使金属原子沉积在基底上，从而形成纳米结构。
气相沉积法可以制备高纯度、高质量的一维纳米结构，并且可以控制其尺寸和形貌。
生物法是一种新兴的制备一维纳米材料的方法。
其中，生物合成法是利用生物体合成纳米材料的一种常见生物法。
生物合成法通过利用微生物、植物或动物等生物体代谢产生的代谢产物，在适当的条件下形成纳米结构。
生物合成法可以制备多种材料的一维纳米结构，如金属纳米线、碳纳米管和硅纳米线等。
生物合成法具有环境友好、低成本的特点，并且可以制备具有独特性能的一维纳米材料。
除了上述方法，还有其他一些制备一维纳米材料的方法。
例如，模板法是一种常用的制备纳米线和纳米管的方法。
模板法通过在纳米孔道中填充金属或半导体材料，再通过溶剂蒸发或电化学方法去除模板材料，得到一维纳米结构。
模板法可以制备高度有序、尺寸可控的一维纳米材料，并且可以控制其组成和结构。
制备一维纳米材料的方法多种多样，每种方法都具有各自的优缺点。
研究人员可以根据实际需求选择合适的方法来制备一维纳米材料，并进一步研究其性质和应用。
随着纳米科技的不断发展，相信会有更多新的制备方法被开发出来，推动一维纳米材料的应用进一步拓展。
一维纳米生物材料的构建及应用
一维纳米生物材料的构建及应用纳米科技是当今世界科技发展的热门领域之一。
众所周知，纳米材料具有很多优异的性质，例如物理、化学、光学等性质都有很大的变化。
由于纳米材料的这些特性，它们被广泛应用于生物医学领域。
本文将着重探讨一维纳米生物材料的构建及其应用。
首先，什么是一维纳米生物材料？一维纳米生物材料指的是具有纳米尺寸的一维体系。
其结构一般为直线或曲线，直径在1到100纳米之间。
目前已开发的一维纳米材料有很多，如碳纳米管、金纳米线、纳米线和纳米棒等。
这些材料具有很好的导电性、导热性和机械性能，也适用于生物医学领域。
一维纳米生物材料的构建方法制备一维纳米生物材料的方法非常多，这里简要介绍一些方法。
1、碳纳米管法碳纳米管法是制备一维纳米材料的传统方法。
其优点在于可以便利地控制形态、尺寸和结构等，使得制备出的一维纳米材料更加规模化。
2、离子液体法离子液体法是最近发展起来的一种制备一维纳米材料的方法。
离子液体是一种无机盐共晶体，具有相对低的熔点和蒸汽压。
采用离子液体法可以制备具有高度同质化的一维纳米材料。
3、分子束外延法分子束外延法是制备一维纳米材料的一种重要方法。
它是利用制备一个材料在衬底上生长的现象，从而实现一定的材料控制。
在这个方法中，材料的表面的原子可以按照一定规律地形成一维纳米材料。
应用1、生物传感器纳米生物材料可以被用作生物传感器。
例如，一维的碳纳米管可以被用作微小的电极，并且可以通过构建传感器所需要的各种适当的材料。
一般情况下，生物传感器都是通过对生物学分子的特定的反应来对目标粒子进行检测的。
2、癌症治疗纳米生物材料可以被用作针对癌症的治疗。
例如，通过纳米药物运输系统来调控药物的释放量和速度以及药物与病变组织的作用。
此外，一维纳米结构的碳纳米管还可以用于杀死癌细胞。
3、再生医学纳米生物材料可以被用于再生医学，如材料通过3D打印制造人体组织等。
使用纳米生物材料可以极大地提升人体组织构造的复杂性和合理性，这可以被用于伤口治疗和危重病患救治。
一维纳米纤维方法-概述说明以及解释
一维纳米纤维方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下编写：概述部分主要介绍一维纳米纤维方法的背景和基本概念。
一维纳米纤维是指直径在纳米级别、长度远大于直径的纤维状材料。
一维纳米纤维方法是一种制备和应用一维纳米纤维的技术方法，在材料科学、化学、纳米技术等领域具有重要应用价值。
随着科学技术的发展和进步，人们对于材料结构和性能的研究越来越深入。
一维纳米纤维方法作为一种能够制备纳米级别纤维的技术方法，受到了广泛关注。
与传统的纤维制备方法相比，一维纳米纤维方法具有独特的优势和特点。
一维纳米纤维方法的优势主要表现在以下几个方面。
首先，它能够制备直径在纳米级别的纤维，具有较大的比表面积和空隙率，有利于增强材料的物理、化学性能。
其次，一维纳米纤维方法可通过调节合成参数和添加不同的功能性物质，实现对纤维材料性能的调控和功能化设计。
此外，一维纳米纤维方法还具有制备工艺简单、成本较低以及可扩展性强等特点，具有很大的应用潜力。
在实际应用中，一维纳米纤维方法已广泛应用于各个领域。
例如，它在材料领域可用于制备高强度、高韧性的纤维增强复合材料，用于制备柔性电子器件中的导电纤维，还可以用于制备高效的催化材料等。
此外，一维纳米纤维方法在生物医学、环境保护等领域也有诸多应用。
本文将对一维纳米纤维方法的原理和应用进行系统的探讨和总结，旨在全面了解该方法的优势和潜力，为相关领域的研究提供指导和启示。
同时，本文也将展望一维纳米纤维方法的未来发展方向，希望能够为该领域的研究和应用做出贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分，以下是各部分的内容介绍：引言部分（Introduction）将对一维纳米纤维方法进行概述，并阐述本文的目的。
在概述中，将简要介绍一维纳米纤维方法的定义、特点以及其在材料科学、生物医学等领域的重要地位。
目的部分将明确本文在研究和探讨一维纳米纤维方法的原理和应用领域，以及对未来发展的展望。
一维纳米结构的制备及其应用研究
一维纳米结构的制备及其应用研究在材料科学与工程领域中，纳米技术已经成为了一个重要的研究领域。
作为纳米技术中的一个重要方向，一维纳米结构制备和应用研究已经引起了广泛的关注。
一维纳米结构的定义一维纳米结构通常是指其在纵向方向上具有重要的尺寸限制效应，其横向尺寸要比纵向尺寸大得多。
所以，一维纳米结构通常具有长条形的外观。
根据其几何形状的不同，一维纳米结构可以分为纳米线、纳米管、纳米带和纳米带等。
制备方法制备一维纳米结构有许多方法，其中引导晶体成核法、气-液-固生长法、溶液合成法、电化学法和物理气相沉积法等方法成为了制备成功的主要方法。
引导晶体成核法是一种常用的低温制备方法，其原理是在具有尺寸特别小的晶体或聚合物的表面上沉积金属或半导体，从而得到具有一维结构的纳米线和纳米管。
气-液-固生长法则是一种更为常见和大规模的制备方法，它可制备多种一维纳米结构，如硫化锌纳米线、氧化锌纳米线、碳纳米管和二硫化钼纳米线等。
溶液合成法是一种高效的制备方法，它可制备一系列不同种类的一维纳米结构，而且具有低成本、适用性广、制备过程简单等优点。
电化学法是利用电解法在电解液中将电子转移至电化学实体制备一维纳米结构的方法。
物理气相沉积法则是利用高能粒子进行表面硫化的技术制备纳米线和纳米管等结构，其优点在于制备的单晶纳米线尺寸分布较窄，振动模式和光学性质也相对较好。
应用研究一维纳米结构的制备不仅能够通过优化结构、形态和尺寸的控制来提高其性质，而且由于具有良好的电、热、机械和光学性质，因此它们也具有广泛的应用潜力，例如汽车发动机、光伏、催化剂、传感器等领域的应用。
在能源材料方面，锌氧化物纳米线是一种非常重要的材料，其具有优异的光催化和光电特性。
这些性质对于太阳能电池和光化学反应器的制备具有重要的意义。
在光电材料方面，纳米线是一种有着广阔应用前景的光电材料，它们不仅应用于光电器件，如电池和显示屏，还可应用于光电催化和传感等领域。
在生物医学方面，纳米管和纳米线等一维纳米结构还被广泛应用于药物运输和生物成像等领域。
一维纳米材料的制备概述
学年论文`题目：一维纳米材料的制备方法概述学院：化学学院专业年级：材料化学2011级学生姓名：龚佩斯学号：20110513457指导教师：周晴职称：助教2015年3月26日成绩一维纳米材料制备方法概述--气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料材料化学专业2011级龚佩斯指导教师周晴摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。
然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。
本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。
关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on.Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。
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学年论文`题目：一维纳米材料的制备方法概述学院：化学学院专业年级：材料化学2011级学生姓名：龚佩斯学号：*********** 指导教师：周晴职称：助教2015年3月 26日成绩一维纳米材料制备方法概述--气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料材料化学专业 2011级龚佩斯指导教师周晴摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。
然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。
本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。
关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on.Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。
自80年代以来，零维纳米材料不论在理论上和实践中均取得了很大的进展；二维纳米材料在微型传感器中也早有应用。
[1]一维纳米材料因其特殊的结构效应在介观物理、纳米级结构方面具有广阔的应用前景，它的制备研究为器件的微型化提供了材料基础。
本文主要概述了近年来文献关于一维纳米材料的制备方法。
1 一维纳米材料的制备方法近几年来，文献报导了制备一维纳米材料的多种方法，如溶胶-凝胶法、气相-溶液-固相法、声波降解法、溶剂热法、模板法、化学气相沉积法等。
然而不同制备方法的纳米晶体生长机制各异。
本文按不同生长机制分类概述，主要介绍气相法、液相法、模板法三大类制备方法。
1.1 气相法在合成一维纳米结构时,气相合成可能是用得最多的方法。
气相法中的主要机制有：气—液—固(VLS)生长机制、气—固(VS)生长机制。
[2]1.1.1 气—液—固(VLS)生长法VLS法是制备单晶一维纳米材料较好的方法，该方法具有较高的产率。
催化剂以及适宜的温度是VLS生长基质的必要条件。
催化剂能与生长材料的组元互熔形成液态的共熔物,生长材料的组元不断地从气相中获得,当液态中溶质组元达到过饱和后,晶须将沿着固-液界面的择优方向析出。
[2]纳米线的最终形态受部分实验因素的影响。
实验表明，最终合成一维纳米材料的长度受催化剂的尺寸影响，而反应时间则影响最终合成一维纳米材料的长径比。
最具有代表性的工作有杨培东(P.Yang)小组的Ge纳米线在Au的催化作用下VLS机制生长过程的原位观察。
[3] 1.1.2 气—固(ＶＳ)生长机制大量研究实验表明，在不存在催化剂的条件下，一维纳米材料按照VS生长制备。
在VS过程中,可以通过热蒸发、化学还原或气相反应等方法产生气相,随后该气相被传输到低温区并沉积在基底上。
其生长方式通常是以液固界面上微观缺陷(位错、孪晶等)为形核中心生长出一维材料。
[2]其中晶体的形貌取决于气体的过饱和度。
低的过饱和度有利于晶须的形成。
中等过饱和度利于块状晶体的生长。
而很高的过饱和度则均匀形成粉末。
1.2 液相法液相法包括溶液-液相-固相（SLS）生长机制、溶剂热法。
1.2.1溶液-液相-固相（SLS）生长机制SLS生长机制与VLS生长机制相似。
SLS生长机制与VLS生长机制的不同之处在于后者原材料来于气相，前者来于液相。
在SLS生长机制中，常用低熔点金属为助溶剂，其作用相当于VLS中催化剂的作用。
该机制生长出来的一维纳米材料为单晶和多晶结构，且其尺寸分布范围较宽。
美国华盛顿大学Buhro小组在低温下通过SLS机制获得了高结晶度的半导体纳米线,如InP 、InAs、GaAs纳米线。
1.2.2 溶剂热法该反应是在高压釜中，以相对较低的温度和压力进行的。
原料各组分按一定比例混合在溶剂中，在这种方法中,溶剂处在高于其临界点的温度和压力下,可以溶解绝大多数物质,从而使常规条件下不能发生的反应可以进行或加速进行。
溶剂的作用还在于它可以在反应过程中控制晶体的生长,实验证明,使用不同的溶剂可以得到不同形貌的产品。
如钱雪峰等[4]以水和乙二胺以及二者不同比例的混合物作溶剂,制得了带状、树枝状、花瓣状等不同形貌的 GdS纳米结构。
1.3 模板法模板法是合成一维纳米材料的有效方法。
该方法具有限域能力，对一维纳米材料的尺寸及形状具有可控性。
目前，广泛使用的模板主要有多孔阳极氧化铝膜、径迹蚀刻聚合物膜和介孔沸石等。
模板法材料的形成仍采用化学反应等途径来完成，主要有电化学气相沉积、溶胶—凝胶法、化学气相沉积。
1.3.1电化学气相沉积将模板技术与电化学方法相结合，利用对AAO的填系和孔洞的空间限制就可以制备一维纳米材料电化学沉积法是一种简单、廉价的合成方法,可用于制备多种纳米材料,如金属、合金、半导体、导电高分子等。
Shoso、Forred等采用电化学方法成功制备了Au纳米线,Davydov等在多孔阳极氧化铝纳米孔中制备了Ni纳米线,并研究了其电学性能,Evans等运用电化学沉积法在多孔氧化铝模板中合成了Co—Ni—Cu多层纳米线。
[2]1.3.2化学气相沉积化学气相沉积法(CVD) 通过原料气体的化学反应而在模板孔道内沉积形成纳米管、纳米线或纳米粒子。
其反应温度比热解法低,一般在550℃～1000℃之间。
该法中纳米线(管)的生长一般需使用催化剂,经常使用的催化剂有Fe、Co、Ni及其合金。
杨勇等用CVD法在660℃下热分解乙炔,在模板中得到了碳纳米管阵列。
贾圣果等[5]利用CVD方法制备了平均直径20nm～100nm,长度为几十微米的GaN纳米线。
同时他们探讨了生长温度和催化剂对纳米线生长的影响,研究了GaN纳米线的生长过程,为了解一维纳米结构材料的生长机理,实现纳米材料的可控生长,提供了有力的实验依据。
1.3.3溶胶-凝胶法溶胶—凝胶(Sol—gel)法首先将前体分子溶液水解得到溶胶,再将Al2O3模板浸入溶胶中,溶胶沉积到孔壁,经热处理后在孔内就可得到管状或线状的产物。
用Sol-gel法在Al2O3模孔内制得的是纳米管还是纳米线,取决于模板在溶胶中的浸渍时间,浸渍时间短,得到纳米管,而浸渍时间长则得到纳米线。
1.3.4固态底物的特性模板固态底物表面的浮雕结构是制备一维纳米材料天然的模板。
用石版印刷术及蚀刻等方法可以方便地在固态底物的表面得到不同图案的微型结构,利用这些结构可以制备各种材料的纳米线。
Jorritsma等[6]发现将金属蒸气以一定角度沉积到一列刻在InP(001)底物上的V形沟上可以制备细达20 nm的金属纳米线。
以其他方法合成的纳米线或纳米管作为模板来制备新的纳米材料,大大拓宽了可被制成均一一维纳米结构的材料的范围。
这种方法最主要的问题在于难以对最终产品的组成和结晶度进行严密地控制。
而模板指导反应的机理尚需进一步研究,只有了解固-气或固-液反应在原子层次上是怎样进行的,才能更好地控制产品的组成、纯度、结晶度和形貌。
[7]2 结语一维纳米材料具备纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特殊性质，其在物理化学方面的特性在新型半导体器件方面具有广阔的应用前景。
目前，气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料的工艺逐渐成熟，一些新型制备工艺如：离子液体制备新技术[8]，在制备复杂尺寸一维纳米材料具有较大优势。
随着一维纳米材料的研究日益激烈及制备新技术的不断发展，多功能光电等半导体器件将更加小型化、智能化。
参考文献[1] 梁芳 ,郭林 .钴及其化合物一维纳米材料的制备研究进展[J].世界科技研究与发展,2006,28（4）:37-41.[2] 周明林、李应真等.一维纳米材料的制备及应用[J].信阳农业高等专科学校学报,2010(4):121-124.[3] Wu Y,Yang P. Physical Review Letters[J].M.G.Payne.,2003(9):123.[4] 曹立新,吕艳玲,孙大可. Mn纳米晶体结构和发光性质的研究[J] .功能材料,2008(2):194-196.[5] 向杰,贾圣果.氧化鎵纳米带的制备研究[Ｊ].固体电子学研究与进展,2002(4):449-453.[6] Jorritsma J,Gijs M A M,Kerkhof J M,et al. General technique for fabricating large arrays of nanowires [J]. Nanotechnology,1996,7(3):263.[7] 孙大可、曹立新、常素玲.一维纳米材料的制备、性质及应用[J] .稀有金属2006（2）：88-93.[8] 王宝和.一维纳米材料的离子制备新技术[J] .2007,24(1):11-13.。