金属Cu微/纳米晶须的气-液-固催化合成、力学和电学性能研究

金属Cu微/纳米晶须，一方面在未来的微-纳电子器件中具有极其重要的应用价值（可用作微/纳米导线），另一方面为人们从实验上研究一些与材料尺寸和表面效应有关的新奇物理特性提供了理想的模型系统。为此，本项目拟采用Bi作为催化剂，金属有机物作为Cu源，通过"气-液-固"方法实现金属Cu晶须的低成本、大批量、可控合成；采用原子力显微镜，纳米压痕仪（包括Mirau干涉仪），显微式激光测振仪、透射电镜原位测量、聚焦离子束沉积技术等多种先进分析与测试手段和技术对合成的Cu晶须的力学性能和电学性能进行系统研究；探究金属Cu微/纳米晶须的"结构-力学性能"和"结构-电学性能"关系。研究结果，可解决金属Cu微/纳米晶须的低成本、大批量、可控制备问题；可获取Cu微/纳米晶须力学和电学性能的准确参数及对应的"结构-性能"关系；可为准一维微/纳米结构力学和电学性能的表征提供一些新方法、新技术和新思路。

在本项目中，我们采用无催化剂辅助的气相沉积的方法，合成出具有很好的抗氧化性能的C/Cu壳/核纳米结构，并对其形貌、结构，生长机理、热稳定性和场电子发射性能等进行了比较系统的研究。我们的研究结果表明：（1）形成的C/Cu壳/核纳米线是通过外层Cu原子扩散过C层与内层Cu核聚合而生长形成的，外部C壳通常为无定型结构，而内部的Cu核为六棱柱状结构，六个侧面有四个{111}和两个{100}晶面组成，轴向为[110]方向；（2）C/Cu壳/核纳米线具有非常好的稳定性能，在空气中加热到150 ℃并保持1小时，没有看到内部Cu核有氧化的迹象；（3）C/Cu壳/核纳米线具有非常好的场电子发射性能；（4）形成的C/Cu壳/核纳米颗粒是通过很小的C/Cu纳米团聚聚合而形成的，而且通过对反应气氛的控制，可对直径为1.5 - 8 nm的C壳的厚度进行调控；（5）形成的C/Cu壳/核纳米颗粒具有很好的热稳定性，在空气中放置60天，通过XRD和TEM，EDS分析等看不到任何氧化的迹象；（6）通过对C壳厚度的调控，可以调控C/Cu壳/核纳米颗粒荧光特性和可见光吸波特性。目前，有关C/Cu壳/核纳米线的研究结果已作为封面论文（Featured Article）发表在国际权威期刊Nanotechnology（IF：3.842），有关C/Cu壳/核纳米颗粒的结果发表在国际权威期刊Carbon（IF：5.868；the top 25 most downloaded paper in Carbon in 5. 2012）上，另有多篇相关论文发表或正在审稿之中。