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纳米线,纳米管,纳米棒及纳米带等—维纳米材料以其在材料科学、生物医学、电子学、光学、磁学及电化学等领域的潜在应用成为当今材料研究的热点之一。
本论文利用多孔阳极氧化铝(Anodic Aluminum Oxide,AAO)模板电沉积方法实现了镍、铜、钴、金等金属纳米线、纳米管的可控制备,并通过系统的实验研究提出了在络合物溶液中模板法电沉积金属纳米管、纳米线的机理。此外,利用静电力显微技术(Electric Force Microscopy,EFM)研究了双炔聚合物的自组装纳米带,并实时探测了双炔聚合物在电场诱导下的聚合过程,主要内容如下:
利用阳极氧化技术成功制备出不同孔径和厚度的AAO模板,讨论了影响模板孔径及有序性的主要因素,总结了多孔有序阵列模板制备的基本规律。
通过引入络合物EDTA,利用电化学沉积方法在AAO模板的孔道中可控沉积金属纳米管和纳米线阵列,制备了镍,铜,钴,金等几种金属的纳米线和纳米管阵列。这种方法具有操作简单,普适性较好,以及可以在一定程度上控制纳米管管壁厚度的优点。络合物的引入可以控制发生氧化还原的电解质的有效浓度,从而有效调节电沉积过电位以实现金属纳米线和纳米管阵列的可控制备。
提出了模板法电化学沉积金属纳米线和纳米管的机制,认为管壁生长速度(Vw)和管底部生长速度(Vь)是控制合成金属纳米线和金属纳米管的关键因素,当Vw>Vь时,可得纳米管阵列,当Vw≈Vь时,可得纳米线阵列。本文通过系统实验探讨了还原电位,溶液浓度等因素对Vw和Vь的影响,在较高的电解质浓度和较负的还原电位条件下,或者在较低的电解质浓度和较正的还原电位条件下,管壁生长速度大于底部生长速度(Vw>Vь)。而在较高的电解质浓度和较正的还原电位条件下,或者在较低的电解质浓度和较负的还原电位条件下,管底部生长速度大于管壁生长速度(Zw≈Vь)。
利用原子力显微技术(Atomic Force Microscopy,AFM)观察了双炔聚合物自组装形成的纳米带,并原位观测了双炔聚合物在紫外光激发下的聚合过程;首次采用EFM技术测定聚合前后聚合物纳米带表面电势的变化证实了电场诱导聚合的机理,并利用EFM实时检测了双炔聚合在电场诱导下的聚合过程。