一维纳米材料的制备及其特性分析

论文摘要

伴随对自组装纳米结构体系研究的深入,具有高度有序的纳米阵列结构物质（管、线、柱）,对科学家们的吸引越来越大。通过电、磁、光等外力对其性能的控制,纳米结构能够成为设计纳米超微型器件的基本功能单元。目前,有序纳米结构材料已经在磁记录、光电组件、传感器、多相催化等许多领域得到应用。尺寸均一、结构可控、定向集成的纳米柱（棒/杆）阵列被认为是构成微纳通道、分离长链DNA分子、选择细胞和研制光子晶体等的重要元件。本文的主要工作包括以下内容：首先,在一次阳极氧化法制备多孔氧化铝（AAO）的基础上,进行二次、三次、四次氧化制备AAO,比较分析多次氧化制备的AAO模板表面形貌和电流曲线的变化特点。二次、三次、四次氧化制备的AAO纳米孔孔径依次增大、间距减小,而模板表面的纳米孔有序性分布等性质没有明显变化。控制一次氧化AAO模板的除膜时间,约10分钟即可得到孔径规则、高度有序的AAO膜。其次,在高纯铝片上,涂抹保护层,并在其表面刻出宽度约为20μm的条纹,再通过-次阳极氧化法在微米条纹上制备多孔阵列结构,从而制备了上面是微米级条纹,下面是纳米孔阵列的双层复合结构。再次,以一次阳极氧化法制备的AAO为模板,通过控制扩孔时间,制备了上部为氧化铝纳米线、中部是氧化铝纳米孔、底部为铝的三层结构的复合材料。最后,利用所制备的不同孔深和孔径的AAO为模板,通过热纳米压印复制技术制备了长度和直径等性质可控的PMMA纳米柱阵列和PMMA纳米线。另外,对所制备的AAO模板、条纹上的纳米孔阵列、氧化铝纳米线、PMMA纳米柱阵列及其PMMA纳米线等进行了SEM、AFM、EDX及其透光率和吸光率表征。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料定义及分类
• 1.2 纳米材料的特性及其应用
• 1.3模板法制备低维纳米材料
• 1.4 本课题的研究意义和研究内容
• 参考文献
• 第二章 多孔氧化铝模板的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验仪器、试剂和装置
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验装置
• 2.3 实验内容
• 2.4 实验过程
• 2.5 AAO模板的形成机理
• 2.5.1 纳米孔的纵向生长过程
• 2.5.2 纳米孔的自组织过程
• 2.5.3 自组织模解释二次阳极氧化法制备高度有序纳米孔阵列
• 2.6 实验结果分析与讨论
• 2.6.1 扫描电镜对AAO模板表面形貌的表征
• 2.6.2 氧化过程中电流随时间的的变化
• 2.6.3 AAO模板的透光率和吸光率
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第三章 在微米条纹上制备纳米孔阵列
• 3.1 引言
• 3.2 实验仪器和试剂
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 主要原料与试剂
• 3.3 实验内容
• 3.3.1 微米条纹上制备纳米孔阵列的制备工艺
• 3.4 结果分析与讨论
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 以AAO为模板制备氧化铝纳米线
• 4.1 引言
• 4.2 实验仪器和试剂
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 主要原料与试剂
• 4.3 实验内容
• 4.3.1 氧化铝纳米线的制备工艺
• 4.4 结果分析与讨论
• 4.4.1 氧化铝纳米线的SEM表征
• 4.4.2 氧化铝纳米线成分的EDX表征
• 4.4.3 氧化铝纳米线的X射线衍射分析
• 4.4.4 ANWs薄膜生成机理的研究
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 以AAO为模板制备PMMA纳米线和纳米柱阵列沟道
• 5.1 引言
• 5.2 实验仪器与试剂
• 5.2.1 实验仪器
• 5.2.2 主要原料与试剂
• 5.3 实验内容
• 5.3.1 工艺流程
• 5.4 样品表征
• 5.4.1 制备的不同孔深的AAO模板表面形貌的SEM表征
• 5.4.2 制备的PMMA纳米线表面形貌的SEM表征
• 5.4.3 制备的PMMA纳米柱阵列的SEM表征
• 5.4.4 制备的PMMA纳米柱阵列的EDX表征
• 5.4.5 制备的PMMA纳米柱阵列的吸收谱和透射谱
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢