协同氮源法合成氮化物及其物相与形貌的控制研究

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该论文旨在补充和发展氮化物半导体材料的化学合成方法;同时也加深对高分子金属络合物(MMC)的认识,并将其应用于铁磁材料的形貌和尺寸的控制.在该论文的研究工作中,不仅首次在温和的条件下成功地制备出纯的亚稳态岩盐相GaN纳米晶,而且还第一次报道合成了h-BN花生状的纳米结构和纤锌矿结构的GaN纺锤状的微米晶;此外,还系统地研究并利用MMC的网络结构来控制γ-Fe<,2>O<,3>和α-NiS的形貌及尺寸.主要内容具体归纳如下:1.在总结前人工作的基础上,通过合理而巧妙的实验设计,利用单质I<,2>的传输催化作用,在苯溶剂中通过GaI<,3>和NaNH<,2>之间的复分解反应成功地在低温(~210℃)条件下制备了纯的亚稳态岩盐相GaN;并提出了合理的反应机理.2.在总结氮化物合成方法共性的基础上,首次使用协同氮源(NaNH<,2>和NHCl<,4>)来合成氮化物:(1)当另一反应物为液态且用苯作为溶剂时,在450℃条件下成功地合成了β-Si<,3>N<,4>纳米棒.(2)当另一种反应物为液态却无苯溶剂时,在400-450℃条件下成功地得到了具有类富勒烯结构的h-BN管道、空球、花生以及洋葱等纳米结构材料.由于层状结构h-BN的表面有许多悬键,使得体系化学能很高而导致平面结构不够稳定,再加上在密闭体系中的高温高压可以提供一种亚稳定的生长条件,所以层状h-BN会发生卷曲而自组装成上述不同的形貌.(3)当反应物均为固态且无苯溶剂时,在500℃条件下成功地合成了微米级h-GaN纺锤,该研究不仅对微米级h-GaN纺锤的生长提出了合理的解释,而且还对微米级h-GaN纺锤在N2气氛中的热稳定性进行了研究.当煅烧温度较低时(600℃),氮化镓纺锤被烧结;当煅烧温度较高时(700℃或800℃),由于微米级h-GaN纺锤大的比表面积和许多的表面空位键,使其出现空心的纺锤或纳米丝状结构.这一结果为h-GaN半导体材料的实际应用提供了一定的参考依据.3.根据对高分子金属络合物(MMC)的结构特点和类型的充分调研分析,成功地利用了MMC的空间网络结构来控制铁磁材料的形貌和尺寸.一方面,在γ-辐照条件下系统性地控制γ-Fe<,2>O<,3>纳米晶的形貌,并提出一种Extension-Curl-Effect(ECE)模型来解释化学微环境及MMC对γ-Fe<,2>O<,3>纳米晶形貌的影响;另一方面,在溶剂热条件下,合成了具有复杂三维结构的微米级α-NiS,如花状、网球状、海胆状.实验结果和理论分析都表明,高分子链或网络不同程度的有序延伸有可能为金属离子沿着聚合物骨架提供一种新的排列方式,而且高分子金属络合物结构的多样性为无机材料形貌的多样性提供了可能.
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