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文章编号:1001-9731( 2015) 23-23016-05基板材质对 TeO 2 纳米线微观结构的影响*王 玮，张琳博，张 津，沈岩柏( 东北大学 资源与土木工程学院，沈阳 110819)摘要:以金属碲粉为原料，在 450 ℃温度下采用热蒸发法制备 TeO 2 纳米线，考察了不同基板材质对 TeO 2纳米线结构和形貌的影响。研究结果表明，在镀金玻璃( glass) 基板和 Si 基板上均可以获得结晶好、长径比高、产量大的 TeO 2 纳米线，在未镀金和镀金Al 2 O 3 基板上可以获得 TeO 2 纳米线，但产物的长径比和形貌相对较差，而在未镀金 glass 基板和 Si 基板上获得的则是TeO 2 微米级颗粒。TeO 2 纳米线通过气-固生长机制生长，Au 颗粒只是起到加速 TeO 2 纳米线生长的作用。关键词: 基板材质; TeO 2 ; 纳米线; 微观结构中图分类号: TN304． 9文献标识码: ADOI:10． 3969/j． issn． 1001-9731． 2015． 23． 0041 引 言近年来，随着纳米科学和技术的发展，纳米材料作为新型功能材料已经展示出广阔的应用前景。由于纳米材料在性能上与微米材料有着非常显著的差异，具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并由此产生了其在力学、光学、电学、磁学、热学及化学方面的独特特性，因而引起了人们的广泛关注和研究［1-3］ 。目前，制备纳米材料的方法主要有化学气相沉积法［4］ 、热蒸发法 ［5］ 、溶胶-凝胶法 ［6］ 、磁控溅射法［7］ 、水热法 ［8］ 、静电纺丝法 ［9］ 、脉冲激光沉积法 ［10］等。其中，热蒸发法具有制备装置简单、成本低、操作方便等优点，制备出的纳米材料具有纯度高、结晶好、粒度可控等优势，因此在纳米材料的制备方面具有极大的优越性。二氧化碲( Tellurium dioxide，TeO 2 ) 作为一种宽带隙半导体氧化物材料，具有非常优异的光电、热电及催化等特性，因而在红外遥感、太阳能电池、石油裂化的催化剂、陶瓷和玻璃的着色剂等方面具有广泛的用途［11］ 。然而，目前对 TeO2 材料结构和特性的研究主要以薄膜材料为主，而对 TeO 2 纳米材料的制备技术及其应用则缺乏深入研究。与薄膜材料相比，TeO 2 纳米材料具有更大的比表面积和表面活性，因而其表现出的性能也更加优越。因此，本文采用热蒸发法制备 TeO 2纳米线，考察了基板材质对 TeO 2 纳米线结构和形貌的影响，利用 X 射线衍射( XＲD) 和扫描电子显微镜( SEM) 对 TeO 2 纳米线的结构和形貌进行了表征，并初步探讨了 TeO 2 纳米线的生长机制。2 实 验2． 1 基板材质的选择在 TeO 2 纳米线的制备过程中，分别选用 Si 基板、Al 2 O 3 基板和玻璃( glass) 基板来收集产物。3 种基板在使用前经过表面洁净化处理，即在超声波清洗机中分别用中性洗涤液、蒸馏水、无水乙醇清洗基板表面各20 min，随后立即用热风吹干基板。此外，为了考察催化剂对 TeO 2 纳米线生长和微观结构和形貌的影响，还采用离子溅射法于每种基板材质表面沉积一层厚度约为 10 nm 的金膜。2． 2 TeO 2 纳米线的制备采用热蒸发法，将 0． 5 g 纯度为 99． 999% 的金属碲粉放置在 Al 2 O 3 瓷舟的中央，随后将表面洁净的基板放置在金属碲粉上方 5 mm 处用于收集产物。将Al 2 O 3瓷舟放置在真空管式炉内的石英管中央，随后于空气气氛下升温管式炉至 450 ℃并保温 2 h，待管式炉自然冷却至室温后取出基板，基板表面的白色沉积物即为生成产物。2． 3 TeO 2 纳米线的表征采用荷兰帕纳科公司的 X’Pert Pro 型 X 射线衍射仪对 TeO 2 纳米线的物相组成进行分析，利用德国蔡司公司的 Ultra Plus 型场发射分析扫描电镜对 TeO 2 纳米线的微观形貌进行观察。3 结果与讨论图 1 所示为在未镀金和镀金 Si 基板上获得的白色沉积物的 XＲD 图谱。从图 1 可以看出，未镀金和镀金 Si 基板上均获得了结晶状况良好的产物。在未镀金 Si 基板上获得产物的衍射峰三强峰分别为( 102) 、( 110) 和( 212) ，晶体趋向按( 102) 晶面生长。6 1 0 3 2 2015 年第 23 期( 46) 卷* 基金项目: 国家优秀青年科学基金资助项目( 51422402) ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( N140105002) ; 188宝金博页面版部高等学校博士学科点专项科研基金新教师类课题资助项目( 20130042120033) ; 188宝金博页面版部留学回国人员科研启动基金资助项目( 47-3) ; 东北大学第八批国家级大学生创新训练计划资助项目( 140048) ; 辽宁省高等学校优秀人才支持计划资助项目( LJQ2013025)收到初稿日期:2014-12-04 收到修改稿日期:2015-04-28通讯作者: 沈岩柏，E-mail: shenyanbai@ mail． neu． edu． cn作者简介: 王 玮 ( 1991 － ) ，男，甘肃金昌人，在读本科生，师承沈岩柏教授，从事纳米半导体氧化物气敏材料研究。