论文摘要
近年来,环状纳米结构由于其独特的物理化学性质而得到了人们的关注。传统的制备纳米环的方法如光刻法、分子束外延、胶体球模板法等,或需要昂贵的设备,或者具有复杂的工艺过程。本文中,我们发展了一种简单、低成本和普适的制备氧化物纳米环的方法,基于该方法可以大面积制备ZnO、CuO、NiO、Co3O4等氧化物纳米环及Fe2O3微米环。在氧化铁微米环的制备过程中,我们先在衬底上生长一层硝酸铁膜,然后再在硝酸铁膜上覆盖一层二氧化硅,最后通过适当的热处理制得氧化铁微米环。此方法可以大面积生长出类环状结构的Fe2O3微米环,这种类环状结构通常是由8-10个微米尺度的棒环绕而成,棒的直径为500nm左右,而环的直径约为10-50μm。在ZnO、CuO、NiO、Co3O4等氧化物纳米环的制备过程中,我们首先将对应的硝酸盐溶解在二氧化硅溶胶中,然后通过浸渍-提拉的方法在适当的基体上形成含硝酸盐（带结晶水）的二氧化硅凝胶膜,最后对二氧化硅凝薄膜进行200-450 oC的热处理就可以大面积制得氧化物纳米环。纳米环的外直径一般在40-300nm之间,环的厚度一般在10-50nm之间。基于上述环状结构的制备过程中的微米和纳米气泡等中间产物的证据,我们提出了一种新的模板法制备微米和纳米环的机制----气泡模板法,该模板方法是利用分散在固体介质中的含结晶水的金属硝酸盐在加热过程中先熔化成微小液滴,然后小液滴因内部的结晶水以蒸汽形式释放而膨胀成纳米气泡,再通过气泡内纳米尺度的“水热合成”获得氧化物纳米环。进一步地,有关纳米气泡和气泡演变成纳米环的研究结果将有可能进一步拓展固体合成化学、材料科学、表面科学等学科的研究内涵,对于纳米气泡热力学和动力学理论的建立和发展也可能会产生积极的影响。