近年来，低维纳米材料的研究逐渐成为一个热点问题，其研究的焦点是纳米管和半导体纳米线。这些纳米材料已经显示出奇特的介观物理特性，至今，人们已成功制备Ga2O3、SiO2、TiO2、CeO2、ZnO和Al2O3等纳米线，其中Ga2O3是一种宽禁带半导体材料，能隙宽度Eg =4. 9 eV，其导电性能和发光特性长期以来一直受到人们的关注。同时，作为一种透明的氧化物半导体，Ca2O3在光电子器件方面有着广阔的应用前景，可被用作Ga 基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片，还可以用作高温条件下的气体传感器。目前，一维Ga2O3纳米材料的制备方法很多，主要包括碳热还原法、气相外延法、热退火法、催化电弧法和物理蒸发法等。1999 年，Zhang 等利用物理蒸发的方法得到了Ga2O3纳米线。Wu 等首次用Ga2O3粉与石墨的球磨混合粉末作为原料，在流动的氮气保护下980 ℃反应2 h，成功合成了直径为60 nm 的Ga2O3纳米线。Han 等使用GaN、石墨粉和镍粉混合物，利用电弧放电的方法得到了Ga2O3纳米线。本文中以Ga2O3粉末为源，采用热蒸发方法，通过控制生长时间制备了不同形貌的Ga2O3纳米线。

　　1 氧化镓钠米线的制备

　　实验前将Si( 111) 片底依次用酒精、丙酮和去离子水进行超声清洗，再用氧等离子体处理，然后将其置于JCK-500A RF 磁控溅射仪中，在压强为3. 6 × 10 - 3Pa 的环境下溅射厚度约为15 nm 的Au 薄膜，其中靶材选用纯度为99. 99%的Au。称取C 粉和高纯Ga2O3粉末( 摩尔比为3: 1) 适量，置于石英舟一端，在距离粉末下游1 cm 处放置溅射Au 膜的Si 片。待管式石英炉温度达到1 200 ℃时，将样品送入管式炉的恒温区于流动的氨气中退火不同的时间，自然冷却后在衬底表面将看到大量的白色絮状产物。用扫电子显微镜( SEM) 、高分辨透射电子显微镜( TEM) 、X 射线能谱仪( EDS) 及X 射线衍射仪( XRD) 对样品形貌和成分进行观察与分析。

　　2 结果与讨论

　　大量的絮状物密集地分布在硅衬底上。当生长时间增长至30 min 时 ，产物成团簇状且有序交叠在一起。为1 200 ℃下生长60 min 的样品表面形貌，这时样品成蒲公英状，从一端的核壳处为源开始向外有序生长，并且逐渐伸展不再交叠。生长时间继续增长，纳米线开始杂乱生长且变得细长，其低端和顶端不存在任何微粒，其直径在200 ～ 300 nm 范围内，长度为几微米到几十微米不等，具有较高的纵横比。

　　图2 为样品在1 200 ℃时分别生长30、60、90、120 min 的SEM 图像，通过图像的对比，发现在1 200 ℃生长30 min 时，每个团簇的纳米线顶端有一个亮点出现，并且以亮点为源向外扩散生长，时间增长到60 min时，亮点变成核壳，直到90 min，核壳逐渐开始脱落，到120 min 时，所有团簇的纳米线顶端核壳全部消失。此纳米线主要由O 和Ga 两种原子组成，并且O 和Ga摩尔分数比是86. 42%: 63. 58%，这就证明了产物的组成是Ga2O3。

　　从图中可以看到产物的X 射线衍射花样晶面( 400) ，( - 401) ，( 002) ，( 311) 和( 020) 分别对应2θ 角30°，30. 5°，32. 2°，38. 8°和59. 5°，最强峰位于衍射晶面( 400) 处，但是根据文献报道[17]，最强峰应在( 200) 处取得，这可能是由一个方向上的尺寸效应引起的。图谱中没有任何杂质峰，证明所得产物是高纯的单斜相氧化镓晶体。图5 是1 200 ℃时生长90 min 所得的Ga2O3纳米线的TEM 和SAED 图像，表明样品为Ga2O3单晶，生长方向为[111]方向。图中纳米线的宽度约为200 ～ 300 nm，并且表面光滑无颗粒，具有较高的纵横比，选取电子衍射与XRD 的测试结果能很好地吻合。

　　通常情况下，Ga2O3纳米结构的VLS 与VS 两种生长机制已被普遍认可，在一定温度下，Ga2O3粉末和活性炭发生如下反应:Ga2O3( s) + 2C( s) = Ga2O( g) + 2CO( g) ， ( 1)Ga2O3( s) + 2CO( g) = Ga2O( g) + 2CO2( g) ， ( 2)3Ga2O( l) = 4Ga( l) + Ga2O3( g) ， ( 3)4Ga( l) + 3O2( g) = 2Ga2O3( g) 。( 4)实验中以Au 为催化剂，而实验结果却没有合金液滴固化在纳米线的顶端，并不同于典型的VLS 生长机制，因此提出一种可能的生长机制: 准一维纳米线VLS 生长机制。反应过程中，Au 作为催化剂仅牵引最终纳米线的生成，但由于高温下反应发生速率较快与载气的流动速度变化，可能出现氧化镓纳米线的再生长与交错生长，即颗粒状物质镶嵌在纳米线的生长过程中，而没有出现在纳米线的顶端。

　　3 结论

　　利用简易热蒸发法在1 200 ℃对Ga2O3粉末和Au 覆盖的Si( 111) 基片加热不同时间制备出了具有良好形貌，结构均匀的高结晶度Ga2O3纳米线，并用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其形貌进行了分析，表明产物是纯净的Ga2O3单晶纳米线。最后提出一种可能的生长机制: 准一维纳米线VLS 生长机制。反应过程中，Au 作为催化剂仅牵引最终纳米线的生成，但由于高温下反应发生速率较快与载气的流动速度变化，可能出现氧化镓纳米线的再生长与交错生长，即颗粒状物质镶嵌在纳米线的生长过程中，而没有出现在纳米线的顶端。