基于阳极氧化铝模板的金属氧化物及其复合一维纳米材料的电泳沉积法制备和表征

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一维纳米材料(纳米管、线、棒等)是构筑纳米器件的基本单元,在光信息储存、电子传感、发光显示及单电子传输等方面具有潜在应用前景。制备方法很多,通过这些方法,人们制备了大量的一维纳米材料,但主要是单一结构的纳米线、纳米管,复合结构的一维纳米材料很少涉及。实际上,复合纳米材料,尤其是金属氧化物的复合纳米材料长期以来一直是材料研究的热点领域。由于纳米材料的复合形成异质结构,因而在光学、光催化、传感等方面表现出新奇的性能。氧化锡、氧化锌、氧化钛都是无机半导体材料中极有价值、应用广泛的材料。它们的复合纳米结构在光催化、环保、气敏检测、光电转换、锂离子电极材料等领域有着重要的应用价值。但是,以前对它们复合材料的研究主要集中在复合纳米颗粒(零维)和复合纳米薄膜(二维)的研究方面,在复合纳米管、纳米线(一维)的制备和研究方面,由于缺乏合适的制备方法而进展缓慢。多孔阳极氧化铝(AAO)模板法是制备大面积的一维纳米线结构阵列的一种廉价且很有效方法。制备的纳米线形貌均一、便于器件化和阵列化。AAO模板法通常与其他方法相结合使用,其中电泳沉积与AAO模板法相结合的方法是一种新兴且有效的方法。它利用外电场的作用使得带有确定电荷的胶体颗粒发生定向移动,最后紧密地聚集在AAO模板的微孔中,形成高填充率的纳米线阵列。根据电泳沉积的原理,AAO模板法与电泳沉积法相结合的方法亦应该可用于制备复合结构的纳米线阵列。本论文的主要工作包含以下三个方面:1.AAO模板的制备及表征采用两步氧化法,分别以硫酸、草酸、磷酸为电解液制备了不同孔径的有序多孔阳极氧化铝模板,并用SEM和AFM对样品进行表征。总结了两步氧化法制备AAO模板的最佳条件。2. SnO2、ZnO单一纳米线阵列的制备及表征采用AAO模板与电泳沉积法相结合,成功地制备了SnO2、ZnO纳米线微阵列,并用XRD、TEM、SEM、EDAX对样品进行表征。此项工作证明了电泳沉积法与AAO模板法相结合制备金属氧化物纳米线的可行性,并构筑了电泳沉积法的基本装置,探索了实验的基本条件,为进一步电泳沉积金属氧化物的复合纳米线创造了条件。最后对SnO2、ZnO纳米线的微结构进行了研究。3.复合纳米线阵列的制备及表征创造性地采用电泳沉积法、多孔阳极氧化铝模板相结合的方法,成功制备了TiO2/ZnO的复合纳米线阵列,并用XRD、TEM、SEM、EDAX对样品进行了详细表征。实验结果显示,该方法是制备金属氧化物复合纳米线的切实可行的方法。论文对电泳沉积与阳极氧化铝模板法相结合的方法制备复合纳米线阵列的机理进行了总结和讨论,并概括了电泳沉积过程中的最佳条件和有关注意事项。
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