一维纳米功能材料的制备与特性研究

论文摘要

本论文以纳米材料的制备和应用为背景,以一维纳米功能材料的制各为重点,报道了一些纳米材料领域中的前沿研究进展和我们的研究工作成果。主要研究内容有: 1、碳纳米管有容易弯曲缠绕等缺点。多壁碳纳米管表面可以包覆多种无机、有机等材料,但是这些材料大都是非晶或者是多晶形态。我们用化学气相方法制备了多壁碳纳米管,并尝试着在碳纳米管表面包覆单晶,形成碳纳米管-单晶覆层复合棒。通过实验,成功地在碳纳米管表面生长了单晶偏硼酸锌包裹层,并且首次发现单晶在碳纳米管表面生长的过程中,对弯曲的碳纳米管产生作用力,使其变直。我们结合实验结果,理论上作了一定的解释,阐述了矫直作用与碳纳米管弯曲曲率的关系。 2、多孔阳极氧化铝模板被广泛地用来制备多种材料的纳米线,纳米管等。我们用草酸溶液作为电解液,制备了多孔阳极氧化铝模板。采用二次氧化法制备出的氧化铝模板孔洞排列有序,孔道平行且直径均匀。通过扩孔处理,这些孔洞的直径可以在30-100nm范围内变化。另外,我们利用一种简单的方法,首次对多孔氧化铝模板进行了氮化。氮化后,非晶的氧化铝模板变成了尖晶石结构的氮氧化铝相（Al2O3·AlN）。 3、采用交流电沉积法,在多孔氧化铝模板内电沉积了Sn线阵列,并利用TEM对其进行了分析。用磷酸溶液除掉氧化铝膜后,通过热氧化Al基底上的Sn线,制备了SnO2纳米线阵列。并以此为基底,用低压电化学法在醋酸水溶液中沉积了类金刚石。 4、通过热蒸发SnO2粉体,利用气-液-固生长机理制备了SnO2纳米线。所用的基底材料是表面有Au纳米粒子阵列的多孔氧化铝模板。这些纳米线直径大约50nm,具有很大的长径比。 5、在石墨基底或者含有Au纳米粒子的阳极氧化铝表面,利用热蒸发法生长了不同形貌的不掺杂或Cd掺杂的ZnO一维纳米结构,例如纳米线、纳米带、梳子状、锯齿状等纳米结构。研究了温度对ZnO纳米结构形貌的影响。用光致发光分析研究了这些ZnO一维纳米结构的光学特性。发现所制备出的ZnO一维纳米结构有较强的绿色发光带。Cd掺杂的ZnO的发光有红移现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 纳米和纳米结构
• 1.1.2 纳米技术
• 1.1.3 纳米材料
• 1.1.4 纳米材料的制备方法
• 1.2 一维纳米材料
• 1.2.1 一维纳米材料的种类
• 1.2.2 一维纳米材料的制备方法
• 1.2.3 一维纳米材料的应用
• 1.3 选题依据与研究目的
• 参考文献
• 第二章 碳纳米管表面包覆偏硼酸锌单晶
• 2.1 引言
• 2.1.1 碳纳米管的结构
• 2.1.2 碳纳米管的性能
• 2.1.3 碳纳米管的制备工艺
• 2.1.4 碳纳米管的填充、掺杂及包覆
• 2.2 多壁碳纳米管表面生长偏硼酸锌单晶覆层
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 实验部分
• 2.2.3 实验结果
• 2.2.4 碳纳米管表面生长单晶之机理讨论
• 2.2.5 弯曲碳管被矫直之理论探讨
• 2.2.6 结论
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 多孔氧化铝模板及多孔氮氧化铝模板的制备
• 3.1 引言
• 3.2 阳极氧化铝膜的类型
• 3.3 多孔氧化铝膜的制备工艺
• 3.4 多孔氧化铝膜的结构类型
• 3.4.1 KHR模型
• 3.4.2 三层结构模型
• 3.4.3 胶体结构模型
• 3.5 多孔氧化铝膜的形成机理
• 3.6 阳极氧化铝模板的应用
• 3.6.1 利用阳极氧化铝模板的自组织特性制备一维纳米材料
• 3.6.2 阳极氧化铝模板在光学器件中的应用
• 3.7 多孔阳极氧化铝模板的制备
• 3.7.1 引言
• 3.7.2 实验部分
• 3.7.3 实验结果与分析
• 3.7.3 结论
• 3.8 两步法制备尖晶石结构氮氧化铝多孔膜
• 3.8.1 引言
• 3.8.2 实验部分
• 3.8.3 结果分析与讨论
• 3.8.4 结论
• 3.9 本章小结
• 参考文献
• 第四章 电化学沉积锡纳米线与类金刚石
• 4.1 引言
• 4.2 多孔阳极氧化铝在合成一维纳米材料中的应用
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 利用 AAO合成一维纳米材料的方法
• 4.3 在多孔氧化铝模板中交流电化学沉积 Sn纳米线
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.2 实验结果
• 4.3.3 结论
• 4.4 低压电化学沉积类金刚石
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 实验部分
• 4.4.3 结果与分析
• 4.4.4 结论
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 利用气-液-固机理生长二氧化锡纳米线
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 实验结果与分析
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 多形态氧化锌纳米结构的制备与表征
• 6.1 引言
• 6.2 ZnO单晶纳米材料的制备方法及其研究进展
• 6.2.1 电化学法
• 6.2.2 热蒸发 ZnO法
• 6.2.3 化学气相输运法
• 6.2.4 用锌作为前驱体的化学气相沉积法
• 6.2.4 金属有机气相外延生长（MOVPE）法
• 6.2.5 微波等离子体法
• 6.3 一维 ZnO纳米结构的应用研究进展
• 6.3.1 电子场发射
• 6.3.2 纳米发电机
• 6.3.3 发光器件、纳米激光器
• 6.3.4 纳米 ZnO场效应管（FET）
• 6.4 化学气相沉积法制备不掺杂/Cd-掺杂 ZnO一维纳米结构
• 6.4.1 引言
• 6.4.2 实验部分
• 6.4.3 实验结果与分析
• 6.4.4 结论
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第七章 掺杂硫化锌一维纳米结构的制备及其发光特性研究
• 7.1 引言
• 7.2 实验部分
• 7.3 实验结果与分析
• 7.3.1 形貌分析与讨论
• 7.3.2 晶体结构分析
• 7.3.3 掺杂机理
• 7.3.4 光致发光分析
• 7.4 结论
• 参考文献
• 第八章 结论和研究展望
• 8.1 本论文的主要研究内容与结论
• 8.2 研究展望
• 作者简历
• 发表论文目录
• 致谢