MoO_2纳米片的可控制备、力电性能及其氮化研究.pdf

摘要

摘要

单斜晶系的二氧化钼(MoO)纳米片是一种金属性的金属氧化物，具有优异的电子导

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电性和离子导电性，在催化、传感和能源存储等领域具有广泛应用前景。化学气相沉积

(CVD)法是一种常见的纳米片状材料的制备方法，纳米片的水平生长(平行于基底)和垂

直生长(垂直于基底)主导了它们的性能和应用。水平生长的纳米片在逻辑电子器件和光

电子器件等领域具有重要应用前景，垂直纳米片以其独特的立式架构和超大暴露表面积

在高密度晶体管以及高性能催化等应用中具有巨大的潜力。然而，垂直纳米片的可控生

长仍然是一个具有挑战性的课题，纳米片垂直生长的机理有待进一步揭示。与此同时，

纳米片从制备、转移到应用的过程中，不可避免的会涉及到力的加载作用。因此，研究

纳米片的力学性能以及力学加载对其电学性能的影响对纳米片的应用具有重要意义。本

文使用CVD法制备了水平和垂直的MoO2纳米片，系统研究了MoO2纳米片的垂直生

长机理、电学性能以及力对电学性能的调控。进一步，将MoO2纳米片氮化制备了氮化

钼纳米片，发现氮化钼纳米片具有很好的表面增强拉曼散射(SERS)效应。具体研究内容

如下：

(1)MoO纳米片的可控制备：以三氧化钼(MoO)为前驱体，使用常压CVD法制备

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了MoO2纳米片，并通过改变基底种类、生长温度、生长时间等参数对MoO2纳米片的

形貌进行了调控。同时，在c-AlO基底的不同区域观察到从水平MoO纳米片到垂直

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MoO2纳米片的转变。在基底和石英舟侧壁之间的受限接触区域，MoO2垂直生长，且垂

直MoO2纳米片主要沿着间隔120°的三个方向定向生长；而在基底的其他区域，MoO2

水平生长。根据专门设计的受限环境实验和现有的成核理论揭示了MoO2纳米片的垂直

生长机理：低前驱体浓度和低载气流速的协同效应使MoO2的垂直生长成为可能。通过

密度泛函理论计算MoO与c-AlO界面的结合能，揭示了垂直MoO定向生长的机理，

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实现了MoO2纳米片的可控制备。

(2)MoO纳米片的力电性能：利用原子力显微镜(AFM)测试得到了在c-AlO基底

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上生长的垂直MoO纳米片的杨氏模量。使用位移平台在光学显微镜下原位观察了MoO

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纳米片的弯曲行为，使用双电极法测试了MoO2纳米片的电导率，并探究了力学加载对

悬空状态下和柔性基底上MoO2纳米片电导率的影响。垂直MoO2纳米片的杨氏模量高

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达324±10GPa，能承受的最大应变可达7.6%，电导率可达1.9×10S/m，且其电导率

对应变不敏感。

(3)氮化钼纳米片的制备及其SERS效应：对SiO/Si上生长的水平MoO纳米片进

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行了不同时间的氮化，并利用AFM表征了氮化前后MoO2纳米片的厚度，所生长的氮

化钼纳米片的厚度最薄可达3.9nm。以罗丹明(R6G)为探针分子，探究了氮化钼纳米片

的SERS效应。实验结果表明，氮化钼