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纳米科技在光电子、光电池、光催化剂、微电子、传感器和探测器等领域展现出极大的应用潜力。在制备上实现纳米材料和纳米结构由随机生长向维度、形貌和尺寸等方面的可控生长转移,较为深入地涉及纳米材料和纳米结构生长动力学和纳米受限体系的热力学成为纳米科技发展的前沿和热点。
发展新的制备方法,实现可控制地生长特定纳米材料和纳米结构,较深入地研究纳米材料和纳米结构维度产生、演化的微观机制,为研究相关的奇异物理性质、化学性质、生物性质及制备纳米器件等做好一定的铺垫性工作,是本论文着重探索的问题。
1.有机半导体8-羟基喹啉铝纳米结构的维度可控制备
利用简单的物理气相沉积可控制备了多种维度的8-羟基喹啉铝(AIQ<,3>)纳米结构,主要考察了蒸发温度对其维度、形貌的影响,并对它们的形成和演化规律进行了简单的讨论。运用环境扫描电子显微镜:(ESEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和荧光光谱仪(PL)等对其进行了形貌、结构和光致发光特性的研究。一维的AlQ<,3>纳米链和二维的AlQ<,3>纳米片均采用VS机制生长,而AlO<,3>微米球与纳米线复杂纳米结构则受球形界面失稳引起的突变和VS生长机制的共同作用而形成。FT-IR谱表明AlQ<,3>具有很强的热稳定性。AlQ<,3>分子间结合力是较弱的范德华力导致PL谱没有明显的变化。AlQ<,3>特殊的纳米结构在纳米电子器件和场发射等方面将具有很好的应用前景。本工作丰富了AlQ<,3>的纳米结构单元,同时拓展了新颖纳米结构的生长机制。
2.氧化铝模板辅助电化学沉积维度可控制备Mn纳米结构
利川氧化铝模板“正负空间”的特异性,运用电化学沉积的方法,通过控制电流密度和电沉积时间在氧化铝模板表面原位可控生长出了准一维的Mn纳米墙、二维的Mn纳米墒阵列和Mn微片构筑的类球体。采用环境扫描电镜(ESEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、投射电镜(TEM)和X射线粉晶衍射(XRD)等对其进行了形貌、结构和成分等方面的表征。结果表明:所制备的Mn为纳米片状,几乎与氧化铝模板垂直,这类特殊纳米结构的生成演化可能受到析氢反应的干扰和尖端放电的优先成核生长共同影响。该方法对制备其他金属或合金纳米墙可能具有可移植性,它们将在场发射、燃料电池、光电器件等方面具有广阔而重要的应用前景。
3.低温水热还原维度可控制备Co纳米结构
利用表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)在水中形成的纳米微反应器,采用低温水热还原法成功可控制备了金属Co的几种不同维度的纳米结构。运用环境扫描电镜(ESEM)、能谱仪(EDS)和X射线粉晶衍射(XRD)对制备的样品形貌、成分和结构进行了表征。研究表明通过控制表面活性剂与Co<2+>的摩尔配比和反应时间,能够可控制备零维Co纳米颗粒、二维的Co纳米片状分形自组织枝品和三维枝品等。本研究工作为大规模制备高纯树枝状分形结构材料提供了一种普遍通用的方法。
4.难溶有机药物阿莫西林纳米结构的维度可控制备
利用SDS在水中的软模板作用,运用简单的化学沉淀法可控制备了三种不同维度的阿莫西林纳米结构,简要探讨了它们的维度控制生长机制。运用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对制备的阿莫西林进行了形貌、尺寸和化学结构的表征。实验发现通过调节阿莫西林钠溶液中SDS的含量,可以得到阿莫西林纳米或微米颗粒、纳米带和纳米纤维,在一定程度上实现了这一难溶有机药物的可控生长。本研究工作将表面活性剂维度可控技术应用于难溶有机药物的可控制备,控制方法简单、有效。