相平衡控制的氣-液-固生長機理及相關問題研究

《相平衡控制的氣-液-固生長機理及相關問題研究》是依託南京大學，由胡征擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：相平衡控制的氣-液-固生長機理及相關問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡征
• 依託單位：南京大學

項目摘要

1964年提出的氣-液-固（VLS）模型現被廣泛套用於解釋一維納米材料的生長，對該生長模型微觀機制或本質的認識是人們普遍感興趣的基礎科學問題。然而，由於對生長的物理化學過程難以獲得直接實驗證據，人們對VLS生長模型的本質認識一直不很清楚。在前期研究中，申請人拓展了VLS生長模型，最近通過氮化Al-Ni合金顆粒生長AlN納米線過程的定量化實驗結果，揭示了在該體系中VLS生長AlN納米線的相平衡控制機理。在此基礎上，本項目擬系統深入地研究相平衡控制的VLS生長機理及相關問題，探索該機理的普適性，向認識生長機理－開展材料設計－實現可控制備－調控性質功能的目標邁進，促進一維納米材料研究領域的系統化進程。

結題摘要

1964年提出的氣-液-固（VLS）模型被廣泛套用於指導一維納米材料的生長，半個世紀以來，對該唯象模型微觀機制或本質的認識一直是人們普遍感興趣的基礎科學問題。然而，由於難以獲得VLS生長過程的直接實驗證據，對其本質認識一直難以確證。我們前期在854-1133 ℃液固兩相區通過氮化Al69Ni31合金顆粒生長了AlN納米線，並依據定量化的實驗結果提出了VLS生長過程的相平衡控制機理（PED-VLS）。在此基礎上，本項目圍繞PED-VLS生長機理的普適性及相關問題開展研究工作。項目實施以來，圍繞項目研究內容和目標，我們在揭示PED-VLS生長機理的普適性及適用條件、定量化預測納米線生長、納米線成分與結構的可控制備等方面取得重要進展。主要成果為：根據PED-VLS機理，預測了在1133-1638°C液固兩相區氮化Al69Ni31合金顆粒生長AlN納米線的規律，預測了在1100-1538°C溫區（歷經三個以上不同相區）氮化Fe28Si72合金顆粒生長Si3N4納米線的規律，以X-射線衍射、電子顯微技術、熱分析為主要研究手段，以定量化實驗結果證實了AlN及Si3N4納米線生長方式及數量的演變規律、伴生的Al-Ni或Fe-Si合金顆粒的成分和晶胞參數的演變規律及其形態演變特徵，與預測結果高度一致，證明了PED-VLS生長機理的普適性。通過歸納實驗結果，明確了PED-VLS機理的兩個適用條件：（1）二元合金“催化劑”在一定溫度下出現共存的液固兩相區，（2）所引入的氣相物種能選擇性地與該液相反應。在三元 AlGaN 半導體納米線成分的全範圍調控等方面也取得重要進展。這些成果為根據相圖設計和調控納米材料的成分、結構及性能提供了科學依據和基本保障，促進了一維納米材料研究領域的系統化進程。總之，我們完成了本項目的計畫任務，實現了預期目標。項目執行期間在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、ACS Nano等重要學術刊物發表基金標註論文6篇（還有一篇重要論文即將投出），申報國家發明專利6項，在國際會議作邀請報告6次，國內會議邀請報告3次。