氧化锌纳米管的可控制备及其杨氏模量尺寸效应的研究

为了更好地设计、生产和使用基于纳米材料的电子器件和药物输运载体，对纳米材料的力学性能的充分了解显得极其重要。纳米材料由于表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其力学性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性。氧化锌纳米管(ZnO nanotube)作为一种新颖而重要的纳米材料，获得人们的广泛关注。我们拟采用湿化学法合成氧化锌纳米管，表征结构和探讨生长机理，实现内外径等方面的可控生长；然后采取基于原子力显微镜（AFM）的测试分析方法获取数据，根据连续介质理论建立相应横梁模型，从不同压力下的弹性形变曲线推导计算杨氏模量等力学参量；考虑纳米管表面效应，拟首次建立简化三层（外表面-体内-内表面）物理模型，揭示由尺寸引起的单根氧化锌纳米管的杨氏模量的变化规律，预测一维纳米材料力学性能跟几何物理性质之间定量关系。本研究有助于深入认识纳米结构的物理力学机理，可为纳米器件的设计提供重要参考。

本研究项目基本按照原计划进行，对氧化锌纳米结构（包括纳米线、纳米管、纳米环等）的可控制备和其力学性能进行深入研究，取得一些非常有意义的成果。譬如基本掌握中空氧化锌纳米管可控合成的关键技术，表征纳米管的形貌和结构，提出浓度调控生长氧化锌纳米管的生长机理，利用原子力显微镜、原位扫描电镜力电耦合测试装置、有限元模拟等多种手段对中空纳米材料的力学性能进行深入表征。同时，在本项目的经费资助下，还扩充了研究内容，对氧化物的光电性能和储能性能进行了一些前沿性的探索，也取得可喜的阶段性成果。.在本项目的经费资助下，发表通讯作者SCI论文17篇，其中影响因子高于10的论文有4篇，包括Angew Chem Int Ed, Nano Lett, ACS Nano等杂志；其中2013年发表在ACS Nano的论文得到Nature Nanotech等顶级杂志的引用，单篇引用次数已经超过80次；申请发明专利4项；应SCI期刊Nano Energy主编邀请为其杂志撰写综述1篇；应邀出任SCI期刊Journal of Nanomaterials 客座主编，负责2014年5月2日出版的专刊“Nanomaterials and nanodevices for energy application”； 在国际/全国性学术会议上做特邀报告2次；培养的硕士研究生毕业3人，获得广东省优秀硕士学位论文等荣誉；后续研究工作获得广东省自然科学杰出青年基金、国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金自由申请项目等多个国家、省部级项目的经费资助。