二硫化钨(WS2)由于具有可调的带隙、强的光-物质相互作用、较高的载流子迁移率等性质, 在光电子器件领域具有较为广泛的应用。本文通过常压化学气相沉积(CVD)法, 以硫粉和过渡金属氧化物为前驱体, 在SiO2/Si上生长了枝晶WS2/单层WS2同质结。在衬底上将样品的形貌演化分为了4个区域: 叠加生长区(Ⅳ)、树枝状WS2生长区(Ⅲ)、六角状WS2生长区(Ⅱ)和无明显形貌区(Ⅰ)。采用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等测试手段系统比较了所制备枝晶WS2/单层WS2在衬底上数量、形貌、结构和性质的不同。研究发现枝晶WS2形貌的不同影响了实际缺陷浓度, 从而影响了拉曼特征峰位置。利用原子吸附模型和S、W蒸气比的变化解释了形貌演化的生长机理。此外, 基于枝晶WS2/单层WS2制备的背栅式场效应晶体管(FET)光响应率为46.6 mA/W, 响应时间和恢复时间达到了微秒级别, 性能优于大多数CVD法制备的单层WS2背栅式场效应晶体管(WS2-FET)。这一工作有助于进一步加强对二维薄膜材料可控生长的理解, 对制备大面积、高质量的枝晶型结构具有一定参考价值。

高质量的陶瓷靶材对于射频磁控溅射法可镀制出综合性能优异的 BaBiO3基负温度系数热敏薄膜至关重要。基于此, 本工作以纯 BaBiO3靶材样品的收缩率、平整度和体积密度为主要质量特性衡量指标, 通过改变保压时间、烧结温度、保温时间和升温速率等 4个因素, 设计了正交实验并加以分析各因素与靶材质量指标的构效关系。同时, 基于烧结行为对 BaBiO3靶材晶粒生长的影响关系, 包括调控烧结温度、保温时间和升温速率等关键烧结工艺参数, 结合唯象方程和截距法, 探讨了晶粒生长机制、生长指数 n与关键影响因素间的内在关联性。基于此, 进一步联合 X射线衍射、Raman光谱、扫描电子显微镜和能谱等表征方法分析了不同工艺参数条件下靶材样品的相结构和元素构成, 从而验证了正交化实验的有效性。结果表明, 获得综合质量较优(变形程度小、致密度高和表观质量良好)的 BaBiO3陶瓷靶材的烧制工艺为: 保压时间 12 min、烧结温度 750 ℃、保温时间 120 min和升温速率 2 ℃/min。

由于量子限域效应, 量子点掺杂玻璃在宽波长范围内可产生可调谐的吸收和光致发光, 其近年来得到了广泛的研究。硫族铅系半导体具有窄带隙和较大的波尔半径, 在大尺寸范围内具有强的量子限域效应, 因此, 由硫铅系化合物制成的量子点在光电子领域具有广泛的技术应用。量子点掺杂玻璃具有良好的化学和热稳定性, 为制作全固态小型光电器件提供了可能。为了获得理想的光学性能, 各国学者在调控量子点的带隙和提高量子点荧光效率方面做了大量研究。本文综述了玻璃中PbS和PbSe量子点光学性质调谐方法的研究进展, 总结了IV-VI量子点掺杂玻璃的应用研究存在的问题和未来的研究方向。

二维有机半导体晶体是利用分子间的范德瓦耳斯力进行自组装生长的单晶材料。本质上的单晶属性使其具备优异的电学特性。更重要的是，二维极限下增强的界面特性能够大幅调控器件行为，为构建多功能界面器件提供可能。此外，充分暴露的电荷输运沟道和极少的晶面内缺陷能够为研究本征的有机电子输运特性创造可能。目前，对于二维有机半导体晶体的生长工艺研究已经取得了较大的进展，但是从理论层面上研究二维晶体生长的自组装过程仍然十分匮乏。本工作利用添加剂辅助结晶技术成功制备出二维有机半导体晶体，并通过偏光显微镜和原子力显微镜对二维晶体进行了全面的表面形貌和结构表征。通过SEM结合EDS技术对关键的形核界面进行了结构和组成的表征以研究晶体生长的机制。研究结果表明：在添加剂界面上，生长材料能够稳定形核，并计算出添加剂构建的有利界面能够将形核势垒降低为SiO2界面上的1/5。这项工作充分展现了生长界面对于晶体生长的关键作用，并从理论上揭示了界面的调控行为，为二维有机半导体晶体的生长工艺设计提供了可靠的思路。

由于氮化铝纳米线具有优异的导热性, 国内外学者对其进行了广泛研究。本文以三聚氰胺和氟化钇为添加剂, 采用直接氮化法制备了氮化铝纳米线。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)等表征了氮化铝纳米线的晶体结构和微观形貌, 分析了三聚氰胺和氟化钇对氮化反应的促进作用, 研究了不同含量的三聚氰胺和不同反应温度对制备氮化铝纳米线的影响。结果表明: 添加三聚氰胺可以提高氮化反应速率, 促进纳米线的生成; 当反应温度为1 200 ℃, 铝粉和三聚氰胺质量比为1∶4, 氟化钇掺量为5%(质量分数)时, 成功制得了高长径比的氮化铝纳米线。

铋基卤化物材料因其无毒和优良的光电性能而显示出巨大的应用潜力。BiI3作为一种层状重金属半导体, 已被用于X射线检测、γ射线检测和压力传感器等领域, 最近其作为一种薄膜太阳能电池吸收材料备受关注。本文采用简单的气相输运沉积(VTD)法, 以BiI3晶体粉末作为蒸发源, 在玻璃基底上得到高质量c轴择优取向的BiI3薄膜。并通过研究蒸发源温度和沉积距离对薄膜物相和形貌的影响, 分析了BiI3薄膜择优生长的机理。结果表明VTD法制备的BiI3薄膜属于三斜晶系, 其光学带隙为~1.8 eV。沉积温度对薄膜的择优取向有较大影响, 在沉积温度低于270 ℃时, 沉积的薄膜具有沿c轴择优取向生长的特点, 超过此温度, c轴择优取向生长消失。在衬底温度为250 ℃、沉积距离为15 cm时制备的薄膜结晶性能最好, 晶体形貌为片状八面体。

氮化铝(AlN)纳米结构除了具备AlN本身宽带隙、高热导率、高击穿场强和高热稳定性等优异物理性能外，还具备表面效应和小尺寸效应所引起的独特物理和化学性质，因而受到人们的广泛关注。在国内外研究学者多年的不懈努力和研究下，目前已经能够生长结晶质量较高的AlN纳米结构，并在光学、电学和磁学等领域发挥着重要的作用。在本文中，首先探讨了包括化学气相沉积法、物理气相传输法、直流电弧放电法、氢化物气相外延法、分子束外延法等不同AlN纳米结构制备方法的研究进展。随后系统地总结了在不同方法制备过程中，温度、源、气氛、生长时间和催化剂等因素对AlN纳米结构的形貌和结晶质量的影响，并分析了它们的生长机理。最后还详细介绍和讨论了AlN纳米结构的物理性质。

碱式硫酸镁晶须的分子式为xMgSO4?yMg(OH)2?zH2O，是一种人工合成具有一定长径比的无机功能材料。作为填充剂，可提高材料的抗拉强度等机械性能，也可以起到阻燃的作用。在NH4+-NH3缓冲体系，用常压一步法制备长度为10~30 μm，直径为0.05~0.3 μm，长径比为30~150的MgSO4?5Mg(OH)2?3H2O晶须。采用XRD、SEM、TG、TEM对产品进行表征，结合表征结果对反应浓度、反应温度、反应时间和陈化时间等影响因素进行研究。对碱式硫酸镁的生成机理进行第一性原理分析，碱式硫酸镁晶须生长习性符合位错螺旋生长机制。采用缓冲体系稳定溶液酸碱性，降低反应溶液的非理想性，可以使晶体在非受迫情况下定向生长，为进一步工业应用，实现低能耗生产碱式硫酸镁晶须提供了重要参考。

本文以五氧化二钽、活性炭为主要原料,氟化钾为熔盐介质,通过碳热还原氮化法在氨气气氛下成功制备了氮化钽(Ta5N6)晶须。运用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)对合成产物的组成、结构和形貌进行了表征。研究了升温方式、氮化气氛、氮化时间和催化剂含量对产物形成的影响。当Ni与Ta2O5的摩尔比为0.1、氮化气氛为氨气(流量为300 mL/min)、氮化时间为6 h时制备的晶须形貌最佳,晶须直径80~250 nm,长为1~5 μm,晶须的生长机制为气-液-固(VLS)和气-固(VS)两种机理的混合机制。

文章综合概述了固相法晶体生长技术的发展过程与研究进展。首先, 回顾了在陶瓷烧结与冶金工艺中经常出现的晶粒异常长大现象, 以及由此发展起来的固相法晶体生长技术。对固相法晶体生长工艺和应用领域等进行了简要介绍, 对固相法晶体生长技术的典型应用案例和发展历程进行了叙述。然后, 着重介绍了一种新的固相晶体生长技术——无籽晶固相晶体生长技术。对无籽晶固相晶体生长技术在无铅铁电压电晶体—铌酸钾钠基晶体中的应用进行详细介绍, 并将该方法与常规的高温熔体法和籽晶诱导固相法晶体生长技术的特点进行了比较。最后, 在介绍当前关于固相法晶体生长机理讨论的基础上, 针对无籽晶固相晶体生长技术, 提出了一种新的综合机制模型, 力图解释无籽晶固相晶体生长的机理。对无籽晶固相晶体生长技术当前存在的问题以及未来的发展, 分别进行了简要的说明与展望。