二氧化钒纳米线的合成与表征

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摘要本论文采用气相传输法成功合成了二氧化钒纳米线。通过改变原料质量、反应温度、反应时间、气压等条件系统研究了纳米线的生长规律。通过扫描电子显微镜对纳米线微观结构的表征，获得了纳米线数密度最高时的最佳生长条件为：反应温度为850℃，反应时间为1小时，和气压为9.1 - 9.3 mbar。44166

In this thesis, we have successfully synthesized VO2 nanowires by vapor transport method. The growth principles of the nanowires have been systematically studied by changing source amount, reaction temperature, reaction time and pressure. After the characterization of nanowires’ microstructure by scanning electron microscopy, we obtained the optimized conditions for growing nanowieres with high number density are reaction temperature of 850 ℃, reaction time of 1 hour, and pressure of 9.1 -9.3 mbar.

毕业论文关键词：二氧化钒；纳米线；气相传输法

Key words: Vanadium dioxide; Nanowires; Vapor transport method

1、引言 3

2、实验方法 3

2.1实验装置及方法 3

2.3 纳米线制备条件 4

2.2 基片（硅片）清洗 4

2.3 扫描电子显微镜（SEM）的表征方法 5

3、实验结果与讨论 6

3.1 VO2原料质量对纳米线生长的影响 6

3.2 反应温度对纳米线生长的影响 7

3.2 反应时间对纳米线生长的影响 8

3.3 反应气压对纳米线生长的影响 10

3.4 衬底材料对纳米线生长的影响 11

3.5特殊形貌 12

4、结论 15

1、引言

材料结构的相变以及相变之后产生的性质变化一直是物理学家和材料学家所关注的热点问题。早在上世纪六七十年代，VO2结构相变的研究已经开始了。1959年美国科学家F．J．Morin[1]首次发现在温度到达68℃时VO2发生相变，而这一相变产生的原因一直存在着如下两种争论：

Peierls等人提出Peierls模型机制[2,3]: Peierls模型认为晶体结构发生变化导致原子周期势发生变化，而势场的变化又导致能带的结构发生变化，因而发生金属-绝缘相变。所以，当VO2的温度超过相变临界温度点时，晶体晶格将发生崎变，最终导致晶体的金属-绝缘相变。

N．F．Mott等人提出Mott-Hubbard模型[4,5]: Mott-Hubbard机制则视相变材料为一个强电子关联体系，认为晶体的相变是由于材料内部电子浓度变化导致的，也可以认为是电子之间强相互作用造成的。当晶体中电子浓度低于某一临界值时，晶体处于半导体态或绝缘态`751~文-论+文'网www.751com.cn，导电性较差；当晶体中电子浓度高于临界值时，晶体则转变为金属相，从而具有金属的特性。

但是在2011年2月美国田纳西大学研究助理A.Tselev与法国科学家合作，在美国橡树岭国家实验室纳米相材料科学中心，他们借助凝聚物理学理论解释了VO2的相变行为。特瑟勒夫表示[7 ]，他们发现VO2发生的多相竞争现象纯粹是由晶格对称所引起的，并认为在冷却时VO2晶格能够以不同的方式发生“折叠”，因此人们所观察到的现象是VO2不同的折叠形态。此外，A.Tselev和J.Cao都发现了二氧化钒材料在相对低的温度下作为绝缘体时，呈现出多相竞争的现象[7]，包括绝缘体相的M1、M2相及其孪晶结构。自20世纪60年代人们开始研究二氧化钒以来，VO2的奇异相变行为一直不为人们所掌握。直至最近，VO2纳米材料在M2相的性质研究方面才有所进展[7]。M1、M2和R等晶体相之间相互转变过程中的电子本质才开始有了一些阐述[7]。