北京大学君政学者论文集2000年我与君政.DOC

扫描隧道显微镜对WS2纳米管形貌的观察 Observation of the morphology of WS2 nanotubes by scanning tunneling microscopy 物理学院物理学系98级 李君一 摘要 本文利用扫描隧道显微镜对WS2纳米管的形貌、结构特征进行了研究。在与理论图像作对比后，分辨出两种卷曲矢量不同的WS2纳米管。并且，这种原子分辨程度的形貌研究将有助于今后WS2纳米管在各个方面特别是在纳米技术上的应用。 Abstract In this paper,the morphological and structural features of WS2 nanotubes(NTs) have been studied by the scanning tunneling microscopy。In comparison with the computer simulation graphs，two types of WS2 NTs，which are different in the wrapping vectors，were found。This kind of atom-scale morphological studies will enhance WS2 NTs’efficacy in various applications，especially in nanotechnology。 关键词 扫描隧道显微镜，WS2纳米管 Keywords Scanning tunneling microscopy（STM），WS2 nanotubes 一、引言 自从1991年碳纳米管首次由石墨制成以来①，纳米材料在实验和理论上均受到研究者极大的关注。在纳米技术中，纳米管有可能在应用中作为扫描探针显微术中的针尖、场发射器件等等。现在，除碳纳米管以外，拥有类似结构的同为无机材料的纳米管也陆续被研制出来，如BN②，VOX③，SiO2④等等。研究纳米材料的力学结构特性、物理和化学性质的逐渐深入使成功控制其中一些材料（如碳纳米管⑤）的生长和合成成为可能。 WS2纳米管于1992年被合成，但是当时合成的样品中纳米管只占总量的极小部分⑥。随着技术的发展，大量的纯的WS2纳米管已经被制造出来⑦。 近几年对WS2纳米管的研究中，主要是使用扫描电子显微镜（SEM）⑧、X光衍射（XRD）⑨观察其形貌，另外也有从理论上进行导电性的模拟。 本文主要是介绍使用扫描隧道显微镜对置于高定向热解石墨（HOPG）上的WS2纳米管进行观察的情况。 二、用STM对WS2纳米管样品的观察 WS2纳米管的制备和来源 WS2纳米管由含有针状的钨氧化物WO3-X的粉末制得。在H2或N2和H2S气体的混合物中，WO3-X（固态）被加热到840℃，从而得到WS2纳米管。 本实验采用的WS2纳米管是由北京大学物理系电镜实验室提供的。 WS2纳米管置于高定向热解石墨（HOPG）的准备 将粉末状的WS2纳米管样品溶于乙醇试剂中。使用超声混合以后，均匀涂于解理好的高定向热解石墨上，同时在石墨下方加热使乙醇迅速挥发。如此反复三十遍左右。 进行实验的说明 本实验采用的STM是大气环境下的STM，真空度为10-2Pa的数量级。 三、观察结果及讨论 对WS2纳米管形貌的观察 图一 图二 （一、40.0nm×40.0nm，偏压700mV, 隧道电流 0.7nA ; 二、30.0nm×30.0nm，偏压700 mV, 隧道电流 0.7nA） 在大范围的观察中，可以看见紧靠在一起的多根管状物（图一），或是单根的管状物（图二）。 认为图一中的管状物不是钨氧化物的理由，是其中所有的单根的直径为2nm左右，和钨氧化物的直径相差一个数量级。为了进一步辨认出是否为WS2纳米管，缩小对图二的扫描范围后，从图三可以看出，管状物与衬底石墨的原子排列有明显的区别。更为重要的是，在图四中，清楚可见管状物的原子排列与石墨完全不同，从图四和图五可以看出管状物为六角结构，而钨氧化物具有四方结构的特征⑩。如图六所示,WS2为层状六角结构,所以从这个特征认为这就是WS2纳米管。 图三 图四 图五