本文主要对多孔阳极氧化铝模板进行了图案设计和阳极氧化机理研究。同时以多孔氧化铝为模板，利用化学气相沉积法、电沉积法合成碳纳米管阵列以及进行碳纳米管的填充，并对其形貌、结构和物性进行了SEM，TEM，HRTEM，XRD，Raman以及SQUID表征和测量。主要研究内容包括以下几个方面： 1.采用电化学阳极氧化的方法，分别以硫酸、草酸、磷酸为电解液，通过控制电压、温度、电解液浓度等条件，在高纯铝片表面自组织有序生长六方密排的多孔氧化铝膜。利用SEM对所制备的氧化铝模板进行了表征。在这三种电解液中，分别获得了孔径为30nm，80nm和500nm的氧化铝模板。以草酸电解液为例，研究了阳极电压对孔结构的影响，在氧化过程中先后采用40V，55V的电压进行实验，得到了具有分叉结构的氧化铝模板。研究了扩孔过程对氧化铝膜多孔结构的影响以及腐蚀机理。此外，我们还探索了阻碍层的减薄工艺，成功的将阻碍层减薄至小于10nm，为氧化铝膜板的进一步应用提供了有利条件。最后，总结和分析了多孔型阳极氧化铝膜的形成机制。 2.结合紫外光刻技术与电化学阳极氧化方法，将多孔的阳极氧化铝模板(AAO)划分出各种规则图案。我们分别利用SiO2和金属Ta为阻挡层(mask)覆盖在高纯铝片的表面，然后利用紫外光刻形成图案，再将铝片进行阳极氧化获得被图案所划分的多孔氧化铝模板。实验中，我们发现在阻挡层之下发生孔的侧向弯曲生长。这种阳极氧化行为的原因为阻挡层的存在影响了电场的分布，引起电场方向发生偏转，从而导致孔的弯曲生长。孔的侧向弯曲生长会导致在铝基底上也形成相应的图案。通过控制阳极氧化时间和mask的尺寸，我们在铝基底上构建了二维和三维的金属图案，并研究了图案的存在对金属铝表面润湿性的影响。 3.以多孔阳极氧化铝为模板，制备了直径为80nm顶端开口的碳纳米管阵列。TEM和Raman光谱表明，模板内合成的碳纳米管管壁的石墨化程度较差，由大量尺寸小于10nm的石墨片(002)面沿碳管的轴向堆积而成。 4.采用电化学沉积法将Ni纳米颗粒填充入碳纳米管内，形成碳管包覆的Ni纳米颗粒阵列，Ni纳米颗粒的形状不规则，尺寸约为50-60nm。磁性研究表明，在5K时，外加磁场沿碳管轴向测得的矫顽力Hc//=450Oe，比Ni的块体材料明显提高，这应该归因于Ni纳米颗粒形成单畴结构。经600℃热处理后，Ni纳米颗粒直径的尺寸增大为约70nm，同时在碳纳米管内排列成规则的单颗粒链。由于Ni颗粒尺寸增大以及表面形成一层NiO，矫顽力有所下降：Hc//=385Oe。 5.采用湿化学法在碳纳米管内载入Ni纳米颗粒作为催化剂，继而在纳米管内合成碳的纳米结构。TEM和HRTEM研究表明，内部碳纳米结构的生长受到外部碳纳米管模板一维有限空间的制约，经常出现弯曲或扭转，从而在石墨层结构中引入大量的缺陷。同时，我们还发现碳纳米管模板的管壁可以在反应中提供碳源，从而对内部生长的碳纳米结构造成一定的影响。