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准一维纳米材料的制备及光学性能研究

作　者: 马杰
导　师: 吴玉程
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料学
关键词: 多孔氧化铝模板二次氧化电沉积溶胶-凝胶准一维纳米材料
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

准一维纳米结构材料被认为是研究物性依赖于维度和尺度的最理想的体系,在未来电子、光电子等纳米器件中的它将起到功能和连接的双重重要角色。准一维纳米材料是当今纳米材料科学领域的前沿和热点,因为准一维纳米材料的成功制备为人们进一步认识纳米效应、建立纳米体系的知识框架奠定了基础,同时由于准一维纳米材料具有的奇异功能,为下一代纳米结构器件、微工具的制备也奠定了材料基础。多孔氧化铝模板的制备是合成一维纳米材料的主要途径,制备所得的多孔氧化铝模板参数直接影响着所合成准一维纳米材料的尺寸和性能特征。本文中采用二次氧化法制备氧化铝模板,通过SEM、TEM、XRD等各种表征手段观测其形貌、组织及结构。采用紫外—红外光谱仪与荧光光谱仪测量其光吸收性能及光致发光性能。光吸收谱发现,在可见光区是透明的。光致发光谱表明多孔阳极氧化铝模板有一个较宽的蓝色发光带。在对比各种实验方法的基础上,讨论了影响多孔氧化铝模板的有序性的各种因素。本实验采用电沉积和溶胶—凝胶的方法在多孔氧化铝模板中组装铜、银、二氧化钛,获得了相应的纳米线,并对其相结构及形貌进行了表征,采用紫外—红外光谱仪和荧光光谱仪测量了模板组装体系的光吸收性能及光致发光性能,实验表明在氧化铝模板中沉积金属Cu、Ag、TiO₂所获得的准一维纳米材料在光学方面有其独特的性能。这种独特的性能在纳米器件研制方面存在着巨大的应用前景。

全文目录

第一章绪论  14-23
  1.1 引言  14
  1.2 纳米材料的基本物理效应  14-15
    1.2.1 量子尺寸效应  14-15
    1.2.2 小体积效应  15
    1.2.3 表面效应  15
    1.2.4 宏观量子隧道效应  15
  1.3 准一维纳米材料的制备方法  15-18
    1.3.1 溶液—液态—固态法  16
    1.3.2 热溶剂法  16
    1.3.3 模板法  16-18
      1.3.3.1 电化学沉积  16-17
      1.3.3.2 化学沉积  17
      1.3.3.3 化合聚合  17
      1.3.3.4 溶胶-凝胶沉积方法  17-18
      1.3.3.5 化学气相沉积  18
  1.4 准一维纳米结构材料的生长机理  18-20
    1.4.1 汽-液-固(VLS)晶体生长机制  18-19
    1.4.2 气-固(VS)生长机制  19-20
    1.4.3 催化剂诱导一维材料的生长  20
  1.5 准一维纳米材料的发展趋势  20-21
    1.5.1 准一维纳米材料的可控生长  20-21
    1.5.2 单个纳米结构单元的性能的研究  21
    1.5.3 准一维纳米材料为基础的纳米器件的制造  21
  1.6 本论文提出的背景及研究内容  21-23
第二章阳极氧化铝模板制备工艺、表征研究  23-35
  2.1 引言  23-24
  2.2 实验方法  24-25
    2.2.1 实验工艺流程  24-25
    2.2.2 实验仪器  25
    2.2.3 实验材料  25
  2.3 氧化铝模板的制备  25-27
    2.3.1 高纯铝片的前期处理  25-26
    2.3.2 一次氧化及除膜  26
    2.3.3 二次氧化及氧化膜的剥离  26
    2.3.4 去除阻挡层  26-27
    2.3.5 扩孔  27
  2.4 实验结果及讨论  27-34
    2.4.1 相结构分析  27-28
    2.4.2 形貌分析  28-31
    2.4.3 氧化铝模板有序性的影响因素  31-32
      2.4.3.1 Al片热处理对有序性的影响  31
      2.4.3.2 阳极氧化电压对有序性的影响  31
      2.4.3.3 温度对有序性的影响  31-32
      2.4.3.4 其它因素对有序性的影响  32
    2.4.4 生长机制讨论  32-34
      2.4.4.1 由电流的变化对生长机制的讨论  32-33
      2.4.4.2 由电压的变化对生长机制的讨论  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章多孔阳极氧化铝模板的光学性质研究  35-43
  3.1 引言  35
  3.2 多孔阳极氧化铝模板的光吸收性质  35-37
  3.3 多孔阳极氧化铝模板的光致发光性质  37-38
    3.3.1 多孔阳极氧化铝模板的光致发光光谱  37-38
    3.3.2 多孔阳极氧化铝膜的激发谱  38
  3.4 热处理工艺对阳极氧化铝模板光学性能的影响  38-42
    3.4.1 热处理工艺对阳极氧化铝模板光吸收性能的影响  38-40
    3.4.2 热处理工艺对阳极氧化铝模板光致发光性能的影响  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章 Cu、Ag纳米线及其阵列体系制备及光学性能研究  43-51
  4.1 引言  43
  4.2 Cu、Ag纳米线及其阵列体系的制备  43-44
  4.3 Cu、Ag纳米线有序阵列体系的形貌及相结构表征  44-50
    4.3.1 XRD分析  44-46
    4.3.2 Cu、Ag纳米线及其阵列体系形貌分析：  46-47
    4.3.3 Cu、Ag纳米线的SAED分析：  47-48
    4.3.4 生长机制讨论  48
    4.3.5 Cu、Ag纳米阵列体系的光吸收性能  48-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章 TiO_2／Al_2O_3组装体系制备工艺、表征及光学性能研究  51-59
  5.1 前言  51-52
  5.2 实验器材  52
    5.2.1 化学试剂  52
    5.2.2 实验仪器  52
  5.3 TiO_2溶胶及TiO_2纳米线的制备  52-53
  5.4 TiO_2溶胶制备机理讨论  53
  5.5 TiO_2纳米线的结构及形貌表征  53-55
    5.5.1 TiO_2纳米线的XRD表征  53-54
    5.5.2 ZiO_2纳米线的形貌分析  54-55
    5.5.3 TiO_2纳米线的SAED分析：  55
  5.6 TiO_2纳米线的生长机制讨论  55-56
  5.7 TiP_2／Al_2O_3组装体系阵列光致发光性能  56-58
    5.7.1 TiO_2／Al_2O_3组装体系阵列室温下的光致发光性能  56-57
    5.7.2 热处理温度对TiO_2／Al_2O_3组装体系阵列光致发光性能的影响  57-58
  5.8 本章小结  58-59
第六章全文总结与展望  59-61
参考文献  61-65

准一维纳米材料的制备及光学性能研究

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