新型MOCVD法制备单晶铜纳米线/棒及其光电学性能研究

本研究选择CNTs作为模板，通过MOCVD方法制备连续填充于CNTs管道内的单晶金属铜/氧化铜纳米线/棒。该制备方法操作简单，条件温和。制备过程中，CNTs表面特性及两端是否均开口对纳米线的连续沉积生长可能存在较大影响，因此应首先对CNTs进行预处理，保证后续过程的顺利进行。纳米线/棒的单晶连续生长与反应条件密切相关，详细考察前驱物用量、氢气流速、系统压力、反应温度和反应时间等影响前驱物过饱和蒸汽压的因素，寻找最佳工艺条件，探讨该反应体系中单晶铜纳米线连续生长的机理。CNTs既是金属纳米线/棒生长的模板，同时又可作为金属纳米线/棒的保护层，使其在空气中稳定存在，可实现对单晶铜纳米线/棒的光、电学特性（尤其是超导性）相关测试，讨论纳米尺度对光电特性的影响，并进而扩展至其它金属或金属氧化物单晶纳米线/棒的制备及研究，为其在新领域的应用研究提供依据。

纳米线因其尺度而具有的独特量子效应、电子态密度、强化的激子结合能及电子和光子界面散射等特性使其在光电、生物医药、催化、微电子装置等领域具有巨大应用潜力。其中单晶铜纳米线的有效可控制备可为新型光电装置的研发其重要作用。本研究分别在液相和气相体系中温和条件下有效制备出高质量碳层包覆单晶铜纳米线。液相体系中采用水热还原法，通过改变铜前驱物、导向剂及还原剂得到了一系列尺度不同的单晶铜纳米线：乙二醇为还原剂，PVP为结构导向剂，160℃下将硝酸铜还原制备出直径在30-50nm、长度达5-20mm的铜碳核壳结构单晶铜纳米线；以CTAB为结构导向剂，葡萄糖还原硫酸铜制备出直径在70-130nm、长度达10mm的铜碳核壳结构单晶铜纳米线。气相体系采用MOCVD法，以乙酰丙酮铜为前驱物，400-500℃下在反应炉内加热分解2-3小时即有效制备出单晶铜碳核壳结构单晶铜纳米线，其直径为40-170nm，长度为700nm-10μm。研究通过各体系反应条件的详细考察，结合TEM、SEM、XRD等表征结果，提出了过程机理。并对所得单晶铜纳米线的电学性能和导热性能进行了考察，得到了有意义的结果。该研究开发的制备方法反应条件温和、操作工艺简单，产率高，为金属单晶纳米线制备、性能研究及工业应用提供了有效支持。