单晶矩形截面二氧化钒纳米线外文翻译资料

单晶矩形截面二氧化钒纳米线

Beth S. Guiton, Qian Gu, Amy L. Prieto, Mark S. Gudiksen, and Hongkun Park*

Department of Chemistry and Chemical Biology, HarVard UniVersity, 12 Oxford Street,

Cambridge, Massachusetts 02138

Received July 6, 2004; E-mail: hpark@chemistry.harvard.edu

纳米尺寸的材料在物理和化学性质上与宏观的材料有着很大的不同。¹对于一维结构而言，^2,3如纳米管，纳米棒和纳米线，由于小径向尺寸但又同时保留丝状的连通性这个原因，他们表现出许多新颖的特效，他们又是具有代表性的一类特别有吸引我们去研究的材料。虽然早些时候已经向碳纳米管半导体^3,4和金属纳米线^5,6方向研究，随后合成过渡金属氧化物的方法也开始出现。^7-15

二氧化钒（VO₂）从金属相到绝缘相的变化的温度接近室温，¹⁶并且它也是作为电动莫特场效应晶体管的候选人。VO₂在340K这个相变点的一个特征就是电阻率的突然跳变从10⁴到10⁵。伴随这个相变点的是VO₂的一个细微的结构变化，从原来的低温单斜格子到高温正方金红石结构转变。以前的工作是利用纳米级^19,20的VO₂制备纳米颗粒和纳米薄膜来研究有限的尺寸效应和莫特场效应晶体管的制造。^17,18尝试去合成丝状结构的纳米级二氧化钒多晶纳米棒。^11,22

这里我们报告的是单晶矩形状二氧化钒纳米线的合成与表征。合成使用的方法是蒸汽运输的方法。粉状的VO₂被放在石英船上，石英船放在管式炉的中心温度处。控制压力、蒸发时间、氩载气流量来获得所需的产品。反应产物被收集在下游的衬底上。生长二氧化钒纳米线的最佳反应时间是温度在900摄氏度到1100摄氏度，压强在12Torr到13Torr，时间在5小时和流速是3毫升每分钟。纳米线的生长需要一个合适的基底，用Si₃N₄基底能获得最大密度的纳米线，而用SiO₂作为基底长生的纳米线的密度极低。

反应产物的形态检查可以使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。图1a显示了一个SEM的图像并且明确了反应产生了纳米线。根据横截面扫描电镜图片，如图1所示的插图，进一步揭示了这些纳米线清洗的矩形横截面。当使用最优的反应条件时，从多个反应进行显示，纳米线的平均宽度为60（plusmn;30）纳米，纳米线长度达到＞10微米。纳米线的尺寸最终还是依赖于反应条件。然后在反应温度更高的条件下进行，或在较低的压力下进行，或更长的反应时间都能增加纳米线的厚度与线密度。

图1（a）扫描电镜图 （b）XRD图

二氧化钒纳米线的结构则用X射线衍射（XRD）和透射来检查。图1b显示了XRD图像，该图像清楚的表明样品纳米线的产品高度结晶。XRD峰可以被确定是低温，单斜形态。图1 b中最引人注目的特征是缺乏属于(0kl)这个以外的所以的峰。哪一个强烈的表面纳米线的含氧量的增长方向。

图2二氧化钒TEM显示了从相同的纳米线上纳米线的形象代表和一个选择区域电子衍射（SAED）模式。使用TEM样品，纳米线是联合生长在氮化表面4 M KOH上，其次沉积纳米线的解决方案是用硝酸中和。SAED模式索引单斜含氧量与[122]的晶格。显著的发现沿着纳米线与电子束衍射模式并没有改变，表明整个纳米线是一个单晶的。较低的插图，图2显示了一个高分辨率纳米线的TEM图像，可以清晰的看到晶格条纹，也再一次确认其高结晶度。SAED仔细分析可以得到来自多个纳米线的模式表明，纳米线的单一晶体的轴向平面生长[201]，相应的生长轴[100]方向。山峰在图1 b中, 如果不是全部纳米线沿着[100]方向生长，则证明大多数纳米线与这种生长方向完全符合(0kl)。

SEM和TEM图像显示，约2%的反应产物表现出一种“曲线”形态。这曲线产生形成[100]晶格的平面，在115°造成突然变换的方向。电子显微镜图像和衍射数据表明，像直纳米线一样，每个分支的纳米线的生长也沿着[100]的方向。

在图2a中选一个区域做电子衍射，结合图1a所以的矩形截面图。明确了二氧化钒纳米线的边界面指标。具体的如图2a的纳米线顶端的[011]面，这是垂直于电子束情况下的图。如图2b所示，单斜晶体的对称表明了其侧面包围了相同的纳米线。这个结论是通过对所选区域的电子衍射调查分析后得到支持所以的纳米线。边界[011]面与[011]面的结晶的结构的能量最低，因此，符合在较低能量表面生长。这一观察了矩形截面的VO2纳米线部分以及其独特的生长方向。纳米线的生长环境对衬底的类型依赖性非常的强，而Si₃N₄是一个生长纳米线很好的衬底。虽然确切的生长纳米线的机制仍然是未知的，我们表明了一种可能的模式是一个基于气-固机制扩散，这个机制是Dai等人提出的。表面能量个衬底之间的相互作用还需要进一步调查。单晶二氧化钒纳米线的报告提出了一个在二氧化钒纳米线的金属-绝缘相变研究的一个新的模型系统。这些纳米线可以制造晶体二极管等器件的制备。

图2（a）透射电镜图 （b）晶格图

感谢支持这项工作的美国国家科学基金会和哈佛纳秒奖。我们感谢M. Deshmukh,D. Lange, D. Bell, W. MoberlyChan, Y. Lu, J. Tsakirgis, and M.Biercuk等人的讨论和技术援助。

注意补充证据。最近亚稳态二氧化钒纳米线的合成是由刘等人报道。²³

支持信息：SEM,TEM和SAED图的数据，纳米线的宽度直方图，XRD的结果，X射线色散的能量光谱数据和X射线过电子光谱数据。在互联网http://pubs.acs.org上这中材料是可免费的。

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