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1．介绍1

参考文献5

2．历史渊源7

参考文献15

3．生长方法17

3.1 简介17

3.2 液相方法17

3.2.1 模板法18

3.2.1.1 模板制备18

3.2.1.2 沉积方法23

3.2.2 无模板法32

3.2.2.1 水热法32

3.2.2.2 超声化学法34

3.2.2.3 表面活性剂辅助生长：软导向剂35

3.2.2.4 催化剂辅助溶液生长法36

3.3 气相方法37

3.3.1 一维生长机理38

3.3.1.1 使用客体金属簇的气—液—固模式38

3.3.1.2 使用低熔点金属簇的气—液—固途径39

3.3.1.3 使用大尺寸、熔化金属簇的气—液—固模式40

3.3.1.4 气—液—固模式40

3.3.1.5 氧气辅助生长（OAG）模式40

3.3.2 气相纳米线合成所需原料的产生和反应器40

3.3.2.1 热蒸发41

3.3.2.2 激光烧蚀法42

3.3.2.3 金属有机化学气相沉积44

3.3.2.4 化学和分子束外延47

3.3.2.5 等离子电弧放电方法49

3.4 批量生产方法50

3.4.1 热丝化学气相沉积法50

3.4.2 超临界流体方法52

3.4.3 等离子体直接氧化法52

3.4.4 使用等离子体放电的直接反应法53

3.5 未来的发展方向55

参考文献57

4．纳米线生长过程的热力学和动力学61

4.1 简介61

4.2 气—液—固法生长的热力学考量63

4.2.1 熔化的金属液滴的热力学考量63

4.2.1.1 Gibbs—Thompson方程63

4.2.1.2 从熔化的金属合金液滴中成核65

4.2.1.3 从不同的熔化金属液滴中成核66

4.2.1.4 自发成核过饱和的热力学评估70

4.2.1.5 尖端诱导纳米线生长所需金属的合理选择（避免成核）73

4.2.1.6 改善熔化金属尖端诱导生长的实验条件76

4.2.2 界面能和尖端诱导生长77

4.2.2.1 界面能在纳米线生长稳定性中的作用77

4.2.2.2 界面能在纳米线晶面选择中的作用81

4.2.2.3 界面能在纳米线生长方向中的作用85

4.3 VLS生长方法制备纳米线的动力学考量87

4.3.1 气—液—固平衡的动力学87

4.3.2 直接碰撞在生长动力学中的作用89

4.3.3 表面扩散在生长动力学中的作用91

4.3.4 直接碰撞和表面扩散94

4.3.5 表面扩散在金属液滴上的作用95

4.3.6 纳米线间距的作用97

参考文献98

5．纳米线生长模拟101

5.1 简介101

5.2 稳定晶面的表面能：以硅纳米线为例102

5.3 单跟纳米线生长模拟104

5.3.1 模拟策略105

5.3.2 动力学蒙特卡罗模拟结果108

5.3.3 生长方向和晶面上的实证结果112

5.4 多核模拟和一维结构生长115

5.5 纳米线阵列的生长模拟117

参考文献121

6．半导体纳米线123

6.1 简介123

6.2 硅纳米线123

6.2.1 四氯化硅／氢气体系124

6.2.2 VLS生长中的硅烷原料134

6.2.3 其他原料135

6.2.4 氧化物辅助合成136

6.2.5 模板辅助合成137

6.2.6 等离子增强138

6.2.7 硅纳米线掺杂139

6.2.8 硅纳米线性能140

6.3 锗纳米线142

6.3.1 以锗粉为原料合成锗纳米线143

6.3.2 锗烷和相关原料146

6.4 催化剂选择147

6.5 Ⅲ—Ⅴ族纳米线148

6.5.1 GaAs纳米线149

6.5.2 InAs纳米线152

6.6.3 InP纳米线152

6.5.2 GaP纳米线154

参考文献155

7．相转变材料161

7.1 简介161

7.2 相转变纳米线生长162

7.3 与PRAM有关的性能167

参考文献169

8．金属纳米线171

8.1 铋纳米线171

8.2 银纳米线173

8.3 铜纳米线174

8.4 镍纳米线176

8.5 锌纳米线178

参考文献180

9．氧化物纳米线183

9.1 简介183

9.2 合成策略184

9.2.1 催化剂辅助合成方法184

9.2.2 使用低熔点金属的直接氧化法190

9.2.2.1 熔化金属簇的直接氧化190

9.2.2.2 低熔点金属氧化物的直接化学／反应性气相沉积193

9.2.3 高熔点金属氧化物的化学气相输运或沉积196

9.2.4 金属箔的等离子氧化和热氧化202

9.3 定向生长和形貌控制206

9.3.1 支状纳米线结构206

9.3.2 网状纳米线208

9.3.3 纳米带209

9.3.4 管状纳米结构212

9.3.4.1 高熔点金属氧化物212

9.3.4.2 低熔点金属氧化物213

9.4 氧缺陷、掺杂和相转变214

9.4.1 氧缺陷214

9.4.2 掺杂和合金化216

9.4.3 金属氧化物纳米线的相转化217

参考文献220

10．氮化物纳米线225

10.1 简介225

10.2 第三族氮化物纳米线的合成225

10.2.1 催化剂辅助合成226

10.2.1.1 前驱体选择229

10.2.1.2 外延阵列生长的基底230

10.2.1.3 催化剂选择和过程变数231

10.2.1.4 纳米线生长方向控制232

10.2.2 直接反应和自催化方法233

10.2.2.1 生长方向控制239

10.2.3 纳米管合成240

10.2.4 微米／纳米形貌243

10.2.4.1 第三族氮化物纳米带243

10.2.1.2 锥形结构245

10.3 纳米线的支化247

10.3.1 单支化或树状结构247

10.3.2 多支化248

10.4 第三族氮化物纳米线的直径减小249

10.5 方向依赖性的性能252

参考文献254

11．其他纳米线257

11.1 简介257

11.2 锑化物260

11.2.1 锑化锌260

11.2.2 其他锑化物263

11.3 硒化物264

11.3.1 硒化铋264

11.3.2 硒化镉265

11.3.2 其他硒化物265

11.4 硫化物266

11.4.1 硫化锌266

11.4.2 其他硫化物267

11.5 硅化物269

参考文献269

12．在电子装置中的应用275

12.1 简介275

12.2 硅纳米线晶体管278

12.3 纵向晶体管280

12.4 锗纳米线晶体管284

12.5 电子装置中的氧化锌和其他纳米线286

12.6 Ⅲ—Ⅴ族晶体管289

12.7 存储器件290

12.7.1 相变随机存取存储器292

参考文献296

13．在光电子装置中的应用299

13.1 简介299

13.2 光探测器299

13.3 发光二极管303

13.4 纳米尺度激光器306

参考文献310

14．在传感器中的应用313

14.1 简介313

14.2 化学传感器314

14.2.1 传感器需求和纳米材料的作用314

14.2.2 传感器构建中的纳米线317

14.2.3 传感机理327

14.2.4 选择性和电子鼻331

14.3 生物传感器337

14.3.1 纳电极阵列340

参考文献344

15．在能量领域的应用349

15.1 简介349

15.2 太阳能电池350

15.2.1 染料敏化太阳电池350

15.2.1.1 二氧化钛纳米线基染料敏化太阳电池353

15.2.1.2 氧化锌纳米线基染料敏化太阳电池357

15.2.1.3 氧化锡纳米线基染料敏化太阳电池358

15.2.1.4 染料敏化太阳电池用无机纳米管、高分子和Nb2O5纳米线358

15.2.1.5 量子点敏化纳米线基太阳电池360

15.2.1.6 杂化／复合结构360

15.2.1.7 输运和复合363

15.2.2 直接吸收PEC电池366

15.2.3 p—n结太阳电池366

15.2.4 用于化学转换的PEC电池368

15.3 电致变色器件373

15.4 锂离子电池377

15.4.1 阳极材料的挑战378

15.4.2 阴极材料面临的挑战379

15.4.3 可用作阳极的一维材料380

15.4.3.1 碳纳米管（CNTs）380

15.4.3.2 金属／金属氧化物纳米线381

15.4.3.3 硅纳米线和相关材料386

15.4.4 纳米线架构387

15.4.4.1 纳米金属簇装饰的金属氧化物纳米线的设计原则387

15.4.4.2 导电衬底上的纳米线阵列389

15.4.4.3 三维几何结构的杂化概念390

15.4.5 纳米线基阴极材料391

参考文献393

16．其他应用399

16.1 场发射装置399

16.1.1 背景399

16.1.2 功函数（φ）400

16.1.3 场发射性能测试401

16.1.4 纳米线基材料的场发射特征404

16.2 热电装置414

参考文献416

索引421