基于氧化鋁模板的新型納米結(jié)構(gòu)陣列的制備及其生長機(jī)理研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)陣列既具有納米結(jié)構(gòu)單元的特性,又存在由納米結(jié)構(gòu)組合引起的新的效應(yīng),如量子耦合效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)等,是材料理論研究和設(shè)計納米微型器件的基礎(chǔ)。而利用氧化鋁多孔模板組裝納米結(jié)構(gòu)陣列,具有可控、高產(chǎn)、低成本等優(yōu)勢,對開發(fā)高性能的納米微型器件具有重要意義。
　　 本論文首先回顧了納米結(jié)構(gòu)材料的研究概況,介紹了氧化鋁多孔模板的研究進(jìn)展及其在納米結(jié)構(gòu)材料制備方面的應(yīng)用；然后系統(tǒng)描述了我們在新型納米結(jié)構(gòu)陣列的制備、表征及其生長機(jī)理方面的研究

2、工作。本論文主要以氧化鋁多孔模板為基礎(chǔ)結(jié)合電化學(xué)沉積法、氣-固反應(yīng)硫化法、磁控濺射沉積法等手段,制備了多種新型納米結(jié)構(gòu)陣列,并對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征,深入研究了它們的生長機(jī)理。論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　 1.采用兩步陽極氧化法在草酸電解液中成功制備了高度有序的氧化鋁多孔模板,通過控制氧化電壓、化學(xué)腐蝕、氧化時間等工藝條件控制氧化鋁模板納米孔洞的孔間距、孔徑和厚度。通過對兩步陽極氧化后得到的氧化鋁模板作進(jìn)一步的

3、限電流氧化處理,制備了具枝狀分支納米孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁模板,并探討了非穩(wěn)態(tài)的氧化過程對枝狀分支結(jié)構(gòu)形成的影響。
　　 2.采用脈沖電化學(xué)沉積法在具有枝狀分支納米孔道結(jié)構(gòu)的氧化鋁模板中分別制備了具枝狀分支的鐵鎳納米線陣列以及金納米點(diǎn)陣列。這些金屬納米結(jié)構(gòu)具有由一維或零維結(jié)構(gòu)與三維小尺寸分枝結(jié)構(gòu)組合的特點(diǎn)。對分支微觀結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)上下級分支連接處或形成晶界或晶格連續(xù),認(rèn)為是由于模板分支孔洞結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致生長速率不同而造成。
　　

4、3.以模板輔助電化學(xué)沉積所得的銅納米線陣列作為前驅(qū)體進(jìn)行氣-固反應(yīng)硫化處理,制備了新型的硫化亞銅納米樹結(jié)構(gòu)陣列。這種納米樹具有獨(dú)特的二級結(jié)構(gòu):即空心管狀主干上呈放射狀地生長了無數(shù)納米棒狀分支。研究了硫化亞銅納米樹結(jié)構(gòu)陣列的生長規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上提出了其二級結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理,認(rèn)為柯肯達(dá)爾效應(yīng)和表面快速擴(kuò)散的共同作用是形成該二級結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。
　　 4.利用氧化鋁模板作為襯底,結(jié)合磁控濺射沉積技術(shù),在不同的工藝條件下分別制備了鈷金屬的納

5、米孔、納米管和納米點(diǎn)陣列膜。鈷納米孔陣列膜由周期排列的鈷顆粒相互連接組成,認(rèn)為模板表面的周期性起伏結(jié)構(gòu)形貌是造成鈷顆粒周期排列的主要因?yàn)?。鈷納米管陣列膜正面呈有序納米孔陣列形貌,反面則形成了納米管陣列結(jié)構(gòu),中間形成納米孔道貫穿膜的正反兩面,這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)可能是由于加溫條件下沉積在模板表面的鈷原子通過表面擴(kuò)散進(jìn)入孔洞所形成。鈷納米點(diǎn)陣列膜正反兩面分別具有納米孔(反點(diǎn))和納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)形貌,指出超薄模板和低沉積速率有利于實(shí)現(xiàn)孔洞內(nèi)沉積形成連續(xù)的納