低维GaN纳米材料的最新研究进展

模板， $*# V 气体与氨气反应首次制备出 $*+ 纳米 该成果发表在美国著名期刊 ER(Q)RQ 上。 具体工 棒 , "# . 。 艺是 : 将 $* 和 $*# V! 按 9 " 混合后放入氧化铝坩埚底 部， 其上放置一块孔径为 ! "8 5 2 "8 的多孔氧化铝 薄板， 将碳纳米管放在多孔氧化铝薄板上。 然后将其 置于管式炉的石英管中， 在氨气气氛下加热至 " "O! 其反应式为： #$*# V M Y N Z L M 纳 米 管 N Z X 保 温 " @。 9+J! !9$*+ M 纳米棒 N Z J# V Z LV Z 2J# 。 ABC， GFH， E<FC， JBFH 及 46 谱结果表明 $*+ 纳米棒为六方纤锌矿结构， 其直径为9 )8 5 23 )8， 长 （见图"） 度达#2 "8 。 L@Q)Y 等用多孔氧化铝膜替代碳纳米管为模板， 用相似的反应制备出 $*+ 纳米线 , "! . 。他们的合成方 法分 # 步：第 " 步用阳极氧化法制备出多孔氧化铝 膜，膜孔径为 "2 )8，孔深 23 "8；第 # 步将 $* 和 $*#V! 按 9 " 混合后放入氧化铝坩埚底部，其上放置 一块多孔氧化铝膜D 然后将其置于水平管式炉的石英 管中， 在保持氨气流量 !33 [RR8 下加热至 " #O! X 保 温 # @。 ABCD B*8*)* 谱， GFH， EGH 表明合成的 $*+ 纳米线为六方纤锌矿结构， 其直径为 "9 )8， 长度达几 百微米。 其反应过程同文献 , "! . 。 #333 年他们又在此 方法的基础上进行了部分改进制备出定向生长的单 晶 $*+ 纳米线 , "9 . 。 第 " 步改进是制备出具有孔径为 孔深 #3 )8 93 "8 5 23 "8 且规则排列的多孔氧化铝 膜。 第 # 步改进是将金属 \) 蒸发至多孔氧化铝膜的孔 底作为生长 $*+ 纳米线的催化剂。 制备出定向生长的 $*+ 纳米线属六方纤锌矿结构，直径为 #3 )8，长达 93 "8 5 23 "8。 46 谱表明在 993 )8 处有一个强的宽
< & 西北工业大学， 陕西 西安 =&11=0 > < 0 中国科学院物理所和凝固态物理中心， 北京 &111?1 > 摘 要：氮化镓是宽的直接带隙半导体材料， 由于其优异的性能 ’ 使之成为制作耐高温、 大功率、 低能耗电子器件， 高速
（74:） （7:） 场效应晶体管， 高效蓝光发光二极管 、 激光二极管 和紫外光电导探测器等光电子器件的理想材料。低维 ;@( 纳米材料在基础理论研究和纳米技术应用等方面都具有巨大潜力。 因此， 近年来低维 ;@( 纳米材料的制备和物性研究已 成为热点之一。本文报道了低维 ;@( 纳米材料的最新制备方法的研究进展。 （纳米晶 ） （纳米棒 > ； 关键词：氮化镓； 量子点 ； 纳米线 制备方法 中图法分类号： 6A%?% 文献标识码： 3 文章编号： &110B&?)C < 0110 > 1)B1%0&B1D
件下发生分解而生成 ;@( 纳米晶和量子点的一种方 法。 &EEH 年 ;""IJKL 小组首次报道了生长于硅胶孔中 的 ;@( 纳米晶 M & N 。 他们将二聚二甲基镓二苯胺嵌入硅 胶孔中， 然后采用化学热解生成 ;@( 纳米晶。C 射线 （C2:） 衍射 和选区电子衍射 < 934: > 证明是六方结构 ;@( 纳米晶。 9+O.//./ 法证明微粒尺度在 01 LP 左右， （ 透射电镜 645） 表明微粒尺度在 &1 LP Q D1 LP 之 控制反应条件会改善产物品质。 间， 平均粒径 0% LP。 此类复合纳米材料由于微粒分开有可能呈现量子限 域效应， 因而会导致多种应用。 ;@( 纳米材料还可以通过在 H11R 氩气气氛下分 解 M ;@ < (4,0 * > % N 0 和它的氨解产物获得。反应残余物 经 C2: 证明是包括六方和立方堆积的 ;@( 纳米晶， 但仍含有一些分解反应生成的碳， 尽管量很少。 S/@LT 等人采用镓叠氮化物爆燃法制备出大量 他们的做法是将熔化的 < 4,%( > ;@ < (% > ;@( 纳米晶 M 0 N 。
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一维 "#$ 纳米材料的制备
$*+ 纳米线、纳米棒及其它形态低维纳米材料， 由于其巨大的应用潜力， 近年来同样成为人们研究的 热点之一。 然而有关其制备及物性研究， 从 "//O 年才 刚刚开始，因此这方面的研究还处于较为初级的阶 段。 综观近几年的有关报道可以按其主要反应物不同 将其制备方法分为 ! 类，第 " 类是用 $* 和 $*# V! 按 9 " 混合，然后用不同方法产生 $*# V 气体作为主要 反应物之一； 第 # 类是用金属 $* 和氨气作为反应物； （纳米棒） 第 ! 类是直接用 $*+ 粉制备纳米线 。 !% & "#! ’ 气体作为主要反应物 "//O 年北京大学范守善等人用纳米碳管作限制
万方数据
・ !## ・ 有少量立方对称的闪锌矿结构。
稀有金属材料与工程
!" 卷
点， 弥散分布在衬底上。46 谱表明有两个强的发射峰 集中在 !0 O! QW 和 !0 >2 QW。与块状 $*+ 晶体相比有 明显的蓝移现象。
源自文库
$%%&’() 等报道了用 反应激光烧 蚀法合 成 $*+ （ //0 ////1 ） 量子点 , - . 。 他们用高纯金属 $* 作为激光 （ 靶， 置于不锈钢反应室中。 通入高纯 +# 气 //0 //21 ） ， 压力为 # 233 4* 5 #2 333 4*， 用 +# 气流速 30 - 6 7 8()。 （! = #-9 次谐振脉冲的 +&: ;<$ 激光器作为激光源 。 激光束以直径小于" 88 的斑点集中在金属镓上 )8） 进行烧蚀。 将烧蚀产物收集后于高纯氨气氛中加热到 可得到 $*+ 量子点。 >33? 保温 " @， ABCD E<FCD GFH 表 明 为 六 方 纤 锌 矿 结 构 的 $*+ 量 子 点 ， 粒径为# 平均为 "# )8。 )8 5 #3 )8， E46， E46F 表明既有典型 他们认为这是由于一 $*+ 的带边发射又有蓝移发射。 这部分颗粒表现 部分颗粒小于 $*+ 的激子玻尔半径， 出量子限域效应的带边蓝移特征。 G*)*I* 和他的同事们利用金属有机化学气相沉 积法于 -JKE(L M 333" N 基片上成功的制备出 $*+ 量子 他们主要对衬底进行了有效处理， 首先在 点 , O .。 随后再沉积 -JKE(L M 333" N 基片上沉积 # )8 厚的 <P+， 最后沉积少量的 E(。 随后用 O33 )8 厚的 <P30 2 $*30 >2 +， 金属有机化学气相沉积法制备出 $*+ 量子点。 他们对 结果表明随 $*+ $*+ 量子点的限域效应进行了研究。 量子点尺寸减小， 蓝移是 46 谱发射峰向高能态移动。 由于量子限域效应引起电子能级移动产生的， 红移是 由于激子玻尔半径压缩引起库仑能量增加产生的 。
第 %& 卷 0110 年
第)期 &1 月
稀有金属材料与工程
2324 54637 536428379 3(: 4(;8(4428(;
!"#$ %&’ ("$ ) *+,"-./ 0110
低维 !"# 纳米材料的最新研究进展
李镇江 &， 李贺军 &， 陈小龙 0， 李克智 &， 曹永革 0， 李建业 0
作者所在的中国科学院物理所 L@Q) 课题组近年 并 来对 $*+ 低维纳米材料也进行了大量的研究工作， 取得了可喜的成果。 我们利用金属 $* 与 +J9 LP 在液 态氨中于 !23? 5 233? 直接反应制备出 $*+ 纳米晶 （ //0 ///1 ） 自 组 装 块 体 , / .。 和 具 体 工 艺 是 D 将 $*+ （ //0 /1 ） 放进有铂内衬的不锈钢高压釜中， 然 +J9 LP 后加氨水 D 至总容量的 231 5 O31 ，高压釜加热到 高压釜中内压估计在 !23? 5 233? 保温O# @ 5 "#3 @。 反应后高压釜自然冷却至室温。 #33 H4* 以上。 ABC 证明纳米晶自组装块体 $*+ 属六方纤锌矿结构， 按 ER@QSSQS 方法可知其平均粒径为 ""0 > )8。 GFH， EFH 证实其平均粒径为"# )8。 4TS&U 等用石英管作反应容 器， 用相似的方法也制备出六方和立方 $*+ 纳米晶 。 随后又对 $*+ 纳米晶进行了光学性能研究。 发现 了单一红光发射特性， 并对其发光机理进行了讨论。
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放入具有 =& P# 容量并配有压力显示表的压力容器 （%1R U PKL） 中， 在氮气气氛下快速加热到D11R 。 当压
力表指示突然增大时， 表明爆炸反应已经发生， 然后
收到初稿日期： 收到修改稿日期： 011&B1)B0E ； 0110B1)B&)
基金项目： 国家自然科学基金 < &11DD11& > 和中科院重大项目基金资助 < FGE)&B3&B01)B1) > 作者简介： 李镇江， 男，&EH% 年生， 博士研究生， 副教授， 西北工业大学材料科学与工程学院 D1& 教研室， 陕西西安 =&11=0 ， 电话： 10EB?DE)D0DB&
, "3 .
此外， L@Q) 课题组利用化学气相法制备了 $*+ 量子点 , "" . 。其方法是用粗糙的单晶 6*<PV（ 面作 ! 3"# ） 衬底， 将其与金属镓相距一定距离放入石英管中并通 入氩气。将炉子加热到 >#3? 后， 将石英管插入炉中， 保温 " 8()。 " 8() 后将氩气换成氨气， 2 )8 5 > )8 的 较小颗粒组成了 !3 )8 5 23 )8 的较大颗粒 $*+ 量子 万方数据
!期
李镇江等： 低维 $%& 纳米材料的最新研究进展
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过改变 F< 颗粒大小及相关工艺参数成功地制备出具 有不同尺寸的 $%& 纳米线、 纳米带和纳米环 0 #3 2 。该方 法可通过改变工艺参数使 $%& 低维纳米材料的尺寸 和形态趋于可控。 使人们朝着 $%& 纳米材料的应用又 迈近了一步。 5) 等人用与我们课题组相似的方法即通过金属 $% 与氨气在石英管中于 O!3A G @33A 直接反应获得
迅速将压力容器冷却至室温， 就可以得到大量的灰色
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!"# 纳米晶和量子点的制备
热解法 热解法是使含有 ;@ 和 ( 元素的化合物在一定条
粉状 ;@( 纳米晶。 通过改变先驱体的总量和在 &)1R “ 凝聚 ” 的 时间可以获得不同尺寸的 ;@( 纳米晶体。 C2: 表明为六方相 ;@( 纳米晶， 9+O.//./ 法可估算出 （工艺参数不同） 其粒径为0$ H LP Q & !P 。 光致发光谱 < V7 > 显示了 ;@( 在 0$ 0 .! 的低能发射峰， 同时也显 （从 示出随粒径和温度减小 ’ 高能发射峰蓝移的现象 。 此外用钠叠氮化合物与金属镓在 %$ D) .! 到D$ 0 .!） 固态下反应得到 ;@( 纳米晶体的方法也有报道 M % N 。 G@LW 等 通 过 原 位 化 学 热 解 嵌 入 聚 苯 乙 烯 X 聚 （( ， 共聚物中的环三稼肼合成了非晶 (B 二乙基苯胺 ） 能量耗散 C 射线谱 < 4:C > 氮化镓纳米微粒 M D N 。 645， （CV9） 和 C 射线光电子谱 分析表明产物是非晶氮化 （峰位 D0H LP） 镓纳米微粒， 并且具有很好的蓝光 发射 性能。 $% & 其它方法 &EEH 年钱逸泰小组利用苯热法合成了 ;@( 纳米 晶粒 M ) N 。 该成果发表在美国著名期刊 9+K.L+. 上。 他们 首先将适量的 ;@Y#% 苯溶液和 7K% ( 粉放入带有银内 衬的高压釜中， 加入苯至总容量的 =)Z 。后将高压釜 于 0?1R 保温 H O Q &0 O 后冷却至室温。 将黑灰色沉积 物用纯乙醇清洗以去除 ;@Y#% 。 最后在 &11R 真空下干 燥， 即可得到平均粒径为 %0 LP 的 ;@( 颗粒。 C2: 结 只 果表明 ;@( 纳米晶多数是六方对称的纤锌矿结构，