一维金属银纳米线的可控制备与电输运性能

论文摘要

一维纳米材料及其有序阵列体系具有许多奇异的物理和化学性质,在纳米材料器件化等许多领域具有重要的应用前景,近年来引起人们的广泛关注。如何制备形状、结构、性能可控的一维纳米材料,实现一维纳米材料的器件化,仍然是一个富有挑战性的课题。在一维纳米材料的制备方法中,具有典型自组装结构的多孔氧化铝模板由于孔径尺寸大小一致、形状可控、成本便宜等许多优点,成为最常用而且最有效的方法之一。本论文基于国内外研究进展和本实验室之前的工作成果的基础之上,开展了以下几方面的工作:1.采用两步阳极氧化法和交流电化学沉积的方法制备了直线型、分叉形、梯度形、直径周期性梯度变化等不同形貌的金属银纳米线。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）对银纳米线形貌表征分析结果表明:银纳米线很好地复制了氧化铝模板的孔形貌。通过采用先线性变化然后突然改变氧化电压的方法制备的模板得到的银纳米线是分叉结构,同时分叉的主干直径是梯度变化的;而采用氧化电压周期性线性改变方法获得的银纳米线的直径是周期性变化的。2.采用氧化铝模板交流电沉积方法制备了含有六方相（4H）结构的银纳米线,并研究了沉积电压、pH值和热处理温度等因素对形成的银纳米线晶体结构的影响。利用X射线衍射仪对银晶体研究结果显示:在一定交流电压和pH值范围内进行电沉积时,所获得的银纳米线同时存在六方相和面心立方相,但相对较低的沉积电压和较高的pH值有利于六方相的形成;400℃以上的热处理则可以促进六方相向面心立方相的转变,表明六方相是热力学上的亚稳相。进一步地,一个六方相和立方相交替沉积的电场机制被提出,基于这个机制能较好地解释沉积电压和pH值对银纳米线中六方相形成的影响。3.利用伏安法初步研究了氧化铝模板内金属银纳米线阵列的电输运性能。I-V曲线结果表明银纳米线的电输运能力随直径的减小而降低;另外观察到在低温下氧化铝模板内的银纳米线阵列的循环I-V曲线中升高电压和降低电压两个过程并不重合,具有类似于铁电体材料的电输运I-V曲线,该结果可能与银纳米线在氧化铝模板中的特殊结构有关,需要进一步地深入研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科技与纳米材料概述
• 1.1.1 纳米材料的基本物理理论
• 1.1.2 纳米材料的特殊性能
• 1.2 多孔氧化铝（AAO）模板简介
• 1.2.1 多孔氧化铝模板的结构
• 1.2.2 多孔氧化铝模板的应用
• 1.2.3 利用氧化铝模板制备一维纳米材料的方法
• 1.3 选题背景、研究意义及研究内容
• 1.3.1 选题背景及研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 氧化铝模板法形状可控制备金属银纳米线
• 2.1 实验仪器及试剂
• 2.2 多孔氧化铝模板的制备
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 铝片退火处理
• 2.2.1.2 表面杂质处理
• 2.2.1.3 电化学抛光
• 2.2.1.4 一次氧化
• 2.2.1.5 去膜处理
• 2.2.1.6 二次氧化
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 不同形状银纳米线的制备
• 2.3.1 直线形状银纳米线的制备
• 2.3.2 分叉形状银纳米线的制备
• 2.3.3 梯度形状银纳米线的制备
• 2.3.4 梯度与分叉形状相结合的银纳米线的制备
• 2.3.5 尝试制备直径周期性变化的银纳米线
• 2.4 本章小结
• 第三章 六方亚稳态银纳米线的模板电沉积法制备及形成机制
• 3.1 实验部分
• 3.2 实验结果
• 3.3 讨论
• 3.4 结论
• 第四章 金属银纳米线的电输运性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 电输运测试电极的制备
• 4.2.1.1 模板正面电极的制备
• 4.2.1.2 模板反面电极的制备
• 4.2.2 银纳米线的电输运性能
• 4.2.3 不同尺寸直径的银纳米线的电输运性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录