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Zn（ZnO）/NiZn（NiZnO）纳米管的制备与表征

作　者: 蔡宁
导　师: 孙会元
学　校: 河北师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: AAO模板 直流电沉积 Zn/ZnO纳米管 NiZn/NiZnO纳米管
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


自碳纳米管被发现以来,人们对纳米管的研究已经有了大量的工作。由于纳米管具有许多优良的特性,如特殊的直接电子传递能力和生物相容性等,因而在纳米器件、纳米催化、纳米传感器等领域有着广泛的应用价值。此外,考虑到ZnO基稀磁半导体材料具有室温铁磁性,是自旋电子器件的主要候选者。为此,本论文基于阳极氧化铝模板(AAO),采用直流电沉积技术首先制备了金属Zn纳米管,并通过对Zn纳米管的空气退火处理得到了ZnO纳米管。在此基础上,采用相同的方法,进一步得到了NiZn合金纳米管和NiZnO纳米管,并利用XRD、EDS、SEM、TEM、SPM和PPMS等手段对其微结构和物性进行了表征。取得的主要结果如下:1.研究了AAO模板与电解液成分、浓度、pH值以及氧化电压的关系。通过SEM和SPM对模板的表征,发现硫酸和草酸制备出的模板孔洞均匀且较为规则,而采用磷酸制备出的模板孔洞分布不均匀,而且孔道极易在制备过程中分叉。孔洞半径的关系为:d硫酸<d草酸<d磷酸。2.基于AAO模板,采用直流电沉积技术成功制备了金属Zn纳米管,通过XRD、SEM和TEM等对其结构进行了表征。认为金属Zn纳米管的形成可能源于动力学因素大于热力学因素。在此基础上,通过不同温度下的空气退火工艺,得到了ZnO纳米管。XRD的结果显示ZnO纳米管具有六角纤锌矿结构。进一步讨论了ZnO纳米管的形成与退火温度的关系。3.基于AAO模板,采用直流共沉积技术成功制备了NiZn合金纳米管,通过XRD、SEM和TEM等对其结构进行了表征。认为NiZn合金纳米管的形成与Zn纳米管的形成机理一样,仍然是动力学因素大于热力学因素所致。在此基础上,通过不同温度下的空气退火工艺,得到了NiZnO纳米管。XRD的结果显示NiZnO纳米管具有六角纤锌矿结构。PPMS测量发现NiZnO纳米管具有室温铁磁性,并讨论了磁参数与退火温度的关系。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 引言  9
  1.2 纳米材料的含义及分类  9-10
  1.3 纳米材料的发展历史  10-11
  1.4 一维纳米材料的发展  11-12
  1.5 一维纳米材料的制备方法  12
  1.6 本论文的选题背景和研究内容  12-14
2 多孔氧化铝模板的制备及其形貌表征  14-24
  2.1 引言  14-15
  2.2 AAO 模板的制备和表征  15-19
    2.2.1 AAO 模板制备中所需要的化学试剂  15
    2.2.2 AAO 模板的制备装置  15-16
    2.2.3 AAO 模板的制备过程  16-19
  2.3 AAO 模板的形成过程  19-20
  2.4 AAO 模板的表征  20-23
    2.4.1 XRD 分析  20-21
    2.4.2 SEM 分析  21-23
  2.5 小结  23-24
3 直流电沉积制备Zn/ZnO 纳米管  24-35
  3.1 引言  24
  3.2 电化学沉积的理论基础  24-26
    3.2.1 电化学沉积理论  24-26
  3.3 Zn/ZnO 纳米管的实验制备  26-28
    3.3.1 AAO 模板的处理  26
    3.3.2 直流电沉积中电解液的配置  26
    3.3.3 直流电沉积中所用到的仪器  26-27
    3.3.4 直流电沉积实验过程  27-28
  3.4 结果与讨论  28-34
    3.4.1 Zn/ZnO 纳米管的SEM 表征  28-29
    3.4.2 Zn/ZnO 纳米管的TEM 表征  29-30
    3.4.3 Zn/ZnO 纳米管的EDS 能谱表征  30-32
    3.4.4 Zn/ZnO 纳米管的XRD 表征  32-34
  3.5 小结  34-35
4 直流电沉积制备NiZn/NiZnO 纳米管  35-47
  4.1 引言  35-36
  4.2 Ni 掺杂ZnO（NiZnO）纳米管的实验制备  36-37
    4.2.1 直流电沉积NiZn/NiZnO 纳米管的制备方法  36
    4.2.2 直流电沉积NiZn/NiZnO 纳米管的电解液  36-37
    4.2.3 直流电沉积NiZn/NiZnO 纳米管所用到的仪器  37
    4.2.4 直流电沉积NiZn/NiZnO 纳米管的实验过程  37
  4.3 结果与讨论  37-45
    4.3.1 NiZn/NiZnO 纳米管的 SEM 表征  37-38
    4.3.2 NiZn/NiZnO 纳米管的 TEM 表征  38-39
    4.3.3 NiZn/NiZnO 纳米管的EDS 能谱表征  39-42
    4.3.4 NiZn/NiZnO 纳米管的XRD 表征  42-43
    4.3.5 NiZnO 纳米管的磁性研究  43-45
  4.4 小结  45-47
5 结论  47-49
参考文献  49-58
致谢  58-59
攻读学位期间取得的科研成果清单  59

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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