● 摘要
本论文以金属镓为原料，采用原位生长法，制备出了β-Ga2O3纳米线、锥状纳米线、规则六边形纳米片、纳米带和纳米链，其中规则六边形纳米片是我们首次合成的。研究了它们的形貌、晶体结构和发光特性，提出了不同形貌β-Ga2O3纳米结构的生长机理。为不同形貌β-Ga2O3纳米结构的物理与化学性能及其应用的研究奠定了一定的基础。
(1) 利用N2气氛中，残留的少量O2氧化金属镓，在镓颗粒表面大面积生长出β-Ga2O3纳米线。所制备的纳米线为单斜相单晶结构Ga2O3，纳米线直径为50~100 nm，长度约几十微米。研究了β-Ga2O3纳米线的生长过程，提出了可能的生长机理。室温下以325 nm的He-Cr激光做激发源，研究了所得Ga2O3纳米线的光致发光特性，观察到起源于氧空位的电子与镓-氧空位对上的空穴复合产生的发光峰在457 nm的蓝光发光。
(2) 以空气中的O2氧化金属镓，在镓基质的表面上原位生长出β-Ga2O3锥状纳米线，通过改变反应温度和反应时间实现了不同直径、不同长度Ga2O3纳米线的可控合成。不同温度所制备的Ga2O3纳米线均为单斜相单晶结构，其直径在30~100 nm，长度在0.5~15 μm范围可调，提出了β-Ga2O3纳米线可能的生长机理，解释了所观察到的实验现象。研究了不同温度所得Ga2O3纳米线的发光特性，观察到发光峰在432和460 nm的蓝光发光以及713 nm的红光发光。随着制备温度的增加蓝光发光强度越来越小，而红光发光基本不变。蓝光和红光发光分别起源于β-Ga2O3纳米线中氧空位的电子与镓-氧空位对以及N等杂质的空穴之间的复合。
(3) 在N2，NH3，HCl和H2O混合气氛中加热金属镓，制备出β-Ga2O3规则六边形纳米片、纳米链和纳米带。通过改变氯化铵的用量、氯化铵与金属镓之间的距离可以实现纳米片、纳米链和纳米带的可控合成。所制备的纳米片、纳米链和纳米带均为单斜相单晶结构的β-Ga2O3，纳米片为规则六边形结构，边长在1.3~2.3 μm范围，厚度为120~200 nm；纳米带长约100 μm，宽度在400~600 nm范围；纳米链是由纳米线将平均直径约500 nm的颗粒连接起来形成的，其长度可达100 μm。研究了氯化铵在β-Ga2O3纳米片生长过程中的作用，提出了不同形貌β-Ga2O3纳米结构可能的生长机理，室温下对所得纳米片、纳米带和纳米链的光致发光特性进行了测试，发现它们都有较强的蓝光发光。