收藏本站
《青岛大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

受限空间内一维纳米材料的制备与生长机理研究

李晓茹  
【摘要】: 对能满足21世纪要求且具有分子级性能材料的探索,引导了一维纳米结构的发展。几乎每种传统材料都有一种一维纳米材料的匹配物。一维纳米材料在纳米电子学、设备和系统、纳米复合材料、可替代能源和国家安全上都具有深远的影响。本论文紧跟时代要求,成功制备了具有集成图案的一维纳米材料阵列,如一维聚合物纳米材料、一维金属纳米材料,开拓了同轴金属纳米电缆和多层金属纳米材料体系,研究了这些一维纳米材料的制备,并探讨了在受限空间内一维纳米材料的生长机理,这一领域的系统性研究尚未见报道。 本论文掌握了采用紫外光刻蚀技术制备纳米或微米图案的工艺。在众多的图案化制备技术中,紫外光刻技术被认为是一种制备大面图案、经济、易操作的技术。在紫外光刻技术中有五个主要步骤:涂胶、前烘、曝光、后烘和显影。对每一个步骤都做了详尽的分析和实验,最终找到了一个最适宜的工艺条件,在多孔氧化铝(AAO)模板的表面上成功制备了不同图案、不同尺寸的大面积、规整图案。 首次以图案化模板为二次模板,通过物理浸润的方法,如溶液浸润法和熔体浸润法,成功制备了多种图案化的聚合物纳米管和纳米线阵列结构,如常规分子量的PS、PA6、PA66、PA11、ABS、PMMA等六种聚合物。微观形貌测试结果表明,两种方法都能获得结构完整的纳米管和纳米线结构,其直径与模板孔径相吻合。在溶液法中,纳米管壁厚随着溶液浓度的增加而增厚,当溶液浓度达到一定值时,制得纳米线结构,溶剂不同则溶液浓度不同,如以三氯甲烷为溶剂配制聚苯乙烯(PS)溶液,溶液浓度为10.0 wt%,则得到PS纳米线;以甲酸为溶剂配制聚酰胺6(PA6)溶液,溶液浓度为8.0 wt%,则可制得PA66纳米线。熔体法制备时,纳米管的壁厚与熔融温度有关,一般地,熔融温度越高,纳米管的壁厚越薄,反之,越厚。 首次用高分辨电子透射电镜观察到了低结晶度聚合物(PS)和高结晶聚合物(PA6)纳米管的结晶现象,突破了以模型研究聚合物纳米管结晶的范畴。在纳米管外壁的部分区域观察到结晶条纹,其它区域为无定形区。通过与本体聚合物的X射线衍射对比,发现聚合物纳米管的X射线衍射图谱有较大的改变,这表明在受限空间内纳米管在形成过程中,有晶相转变现象发生,而PA6则发生了明显的转变,在本体中主要存在α晶相,而在纳米管中则转变成γ晶相。 研究了金属纳米材料的制备及其性质。采用电化学沉积方法制备了非磁性金属纳米线体系(以Cu为代表),研究发现,纳米线随着沉积时间的延长而增长,但不成正比关系。高分辨与电子衍射花样显示Cu纳米线具有单晶结构;生长方向沿[220],首次观察到纳米线的断裂方向,分别沿着(202)和(022)两个晶面的方向断裂,断裂端呈规则的圆锥型;在外力作用下,Cu纳米线还显示出与块体材料相似的性质:柔韧性。 同时,研究了磁性金属纳米材料(以Ni,Co,Fe为代表)的制备及磁性能。经过一系列的实验,通过高分辨透射电镜表征,首次观察到磁性纳米管的形成过程,发现在沉积时间低于15min,得到的全部是纳米管,高于40mmin得到的全部是纳米线,由此可知先生成纳米管,再形成纳米线。通过磁性测试发现磁性金属纳米管具有一定的磁性,在轴方向上易被磁化,却拥有较低的矫顽力。 研究了Cu/Ni核/壳结构的同轴纳米电缆的制备方法和磁性。通过两步电沉积方法(先沉积Ni纳米管,再在Ni纳米管中沉积Cu纳米线)和一步共沉积方法(电解质溶液中既含有Ni离子也含有Cu离子),均能制备Cu/Ni核/壳结构的同轴纳米电缆结构。与Ni纳米管磁性能相比,Cu/Ni核/壳结构的同轴纳米电缆剩余磁化强度明显大于Ni纳米管的剩余磁化强度。 开拓了Cu-Ni嵌段纳米线新体系。透射电镜照片显示了嵌段纳米线的竹节状结构,电子衍射花样显示界面处的物质具有单晶结构,与Ni纳米层的多晶结构不相符,对此,解释了可能的形成原因,是由于原子掺杂所致。 首次提出了聚合物在受限空间内形成机理:bamboo-like和cylinder-shaped两种形成方式,并给予了充分的解释。根据此现象,首次提出了AAO模板对聚合物纳米管的形成具有诱导效应,可以导致聚合物在受限空间内成核时发生晶型和结晶度的改变,影响分子链的排列。同时,首次提出了磁性金属纳米管的形成机理:brick-stacked wirelike growth生长机理。
【学位授予单位】:青岛大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 陈茂彬;彭智;宋国君;姜宁;邵增军;沈丽;;模板渗透法制备氧化锌纳米管阵列[J];功能材料;2008年04期
2 陈东;宋国君;彭智;佘希林;李建江;;模板法组装Ag纳米线阵列及其微结构[J];化工科技;2006年06期
3 佘希林;宋国君;彭智;李建江;韩萍;王树龙;;浸润AAO模板法制备EVA纳米管阵列[J];现代化工;2007年S1期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡容峰;梅康康;;固体分散技术及其在缓控释制剂中的应用[J];安徽医药;2008年11期
2 秦刚;何凤英;郭光华;;原位法制备通孔AAO模板的原理和工艺[J];半导体技术;2010年09期
3 曹立新;屠振密;李宁;胡会利;;电沉积法制备单金属纳米晶材料的研究进展[J];材料保护;2009年06期
4 黎阳;严彪;杨磊;陆伟;;铁基纳米晶软磁合金起始磁导率的研究[J];材料导报;2004年03期
5 李晓洁;张海明;胡国锋;李育洁;;AAO模板的制备及其应用[J];材料导报;2008年S2期
6 李晓茹;宋国君;于永明;彭智;杨超;李培栋;;磁性金属纳米结构的制备与表征[J];材料导报;2010年06期
7 赵雯;张宏;卢婷利;陈涛;;水难溶性药物的载体材料研究进展[J];材料导报;2010年09期
8 郭岚;徐鹏;钟己未;万益群;傅敏恭;;直接沉淀法制备异形氧化锌微晶及其表征[J];材料导报;2012年08期
9 陆伟,严彪;铁基纳米晶软磁合金的研究[J];材料科学与工程学报;2004年03期
10 李才巨;张继东;朱心昆;史冰川;唐海林;林杰;徐孟春;;高能球磨法制备纯铝纳米晶材料的研究[J];粉末冶金技术;2006年06期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 谢季佳;段桂花;武晓雷;洪友士;;电解沉积纳米镍退火析出相的EBSD分析[A];第二届全国背散射电子衍射(EBSD)技术及其应用学术会议暨第六届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2007年
2 周晖;王晓慧;李宝让;李龙土;桂治轮;;纳米晶钛酸钡陶瓷的制备[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
3 王维;邱智东;;固体分散技术在药剂学中的研究进展[A];中华中医药学会第九届制剂学术研讨会论文汇编[C];2008年
4 佟姝婕;佟铮;王鹏程;刘坤;;纯铜板在爆炸加载条件下表面应变硬化研究[A];华北六省区锻压技术文集(2012)[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵世华;ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究[D];湖南大学;2010年
2 谢建刚;抗高血压药物合成及其电纺载药纳米纤维膜的制备研究[D];东华大学;2011年
3 顾建军;低维纳米结构体系的磁性[D];河北师范大学;2011年
4 何方;添加剂对脱氧胆酸钠的聚集行为的影响[D];山东大学;2011年
5 李灵均;综合利用红土镍矿制备锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2和LiFePO_4的研究[D];中南大学;2011年
6 江智渊;低维纳米材料的制备研究[D];厦门大学;2002年
7 张先华;一维纳米材料的合成与组装以及光谱性质表征[D];厦门大学;2003年
8 杨清彪;高分子微/纳米纤维和金属纳米粒子/高分子复合纤维的制备与表征[D];吉林大学;2004年
9 吴峻岭;新型牙用烤瓷支架钴铬合金金瓷结合的研究[D];四川大学;2005年
10 张春雪;静电纺丝制备聚乙烯醇超细纤维膜及其负载药物的研究[D];天津大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李俊林;CVD法ZnO/Mg(NO_3)_2/Si制备ZnO纳米结构材料的研究[D];山东师范大学;2011年
2 杜娟;多孔阳极氧化铝模板法制备纳米线阵列[D];暨南大学;2011年
3 艾克;CTAB环境下Cu_2O纳米杆薄膜的CBD制备和性能表征:衬底影响、沉积机理以及光电化学特性[D];华中师范大学;2011年
4 代莹莹;钴基磁性纳米线阵列中的各向异性调控[D];兰州大学;2011年
5 林宗彬;阳极氧化—电沉积制备铝电解电容器阳极用材料[D];江西理工大学;2011年
6 朱浩杰;黑曲霉孢子模板法合成纳米金及其催化应用初探[D];四川农业大学;2011年
7 王婷婷;氮化硼和氮化钒纳米材料的制备与表征[D];山东大学;2011年
8 邵仕军;可降解高分子/碳纳米管复合电纺纤维的制备及其性能研究[D];西南交通大学;2011年
9 郭永克;聚双环戊二烯/无机纳米粒子复合材料的制备与性能[D];河南科技大学;2011年
10 范仁锋;吲哚美辛固体分散体及其肠溶片的研究[D];广东药学院;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 宋国君,李建江,佘希林;聚合物纳米管研究进展[J];高分子通报;2004年06期
2 徐建;韩霞;周丽绘;刘洪来;胡英;;水热合成法制备高长径比的银纳米线[J];过程工程学报;2006年02期
3 孙秀玉,徐法强,李宗木,张旺;循环伏安法制备Ag纳米线阵列[J];无机化学学报;2004年06期
4 李大枝,孙思修,张卫民,张长花,张兰香;一种制备大量氧化锌纳米管的简单方法(英文)[J];无机化学学报;2005年11期
5 迟广俊,姚素薇,张卫国,王宏智,范君;银纳米线的TEM表征[J];物理化学学报;2002年06期
6 佘希林;宋国君;李建江;韩萍;;模板浸润法制备非极性聚合物纳米管和纳米线[J];现代化工;2006年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李莉;王宝辉;童茂松;;一维V_2O_5纳米材料的研究进展[J];材料导报;2007年S3期
2 施利毅;马书蕊;冯欣;王少飞;;一维氧化锌纳米棒制备技术的最新研究进展[J];材料导报;2006年S2期
3 胡寒梅;邓崇海;刘瑾;孙梅;周海鸥;张克华;;高分子辅助水热制备单晶碲纳米管[J];无机化学学报;2007年03期
4 解挺;吴玉程;张立德;;氮化铝一维纳米结构制备方法和物性研究的最新进展[J];功能材料;2005年12期
5 ;我国科学家首次制成氮化镓一维纳米新材料[J];科技导报;1998年09期
6 严冲;蔡克峰;;一维氧化镓纳米材料研究进展[J];材料导报;2006年S1期
7 杨小勤;赵永男;;一维纳米材料的水热合成[J];材料导报;2006年S2期
8 鲍恩波;姬保卫;何广明;华正和;;多孔阳极氧化铝模板制备金属/合金纳米管的研究进展[J];世界科技研究与发展;2007年02期
9 徐小勇;胡学兵;施卫国;向芸;;一维纳米材料的合成与应用[J];硅酸盐通报;2008年06期
10 程忠玲;;一维聚苯胺纳米材料的制备方法研究进展[J];高分子通报;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈文;祁琰媛;麦立强;余华;彭俊峰;朱泉;;一维钒氧化物纳米材料的合成、结构及性能[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
2 卢燊;何静;王连英;;水滑石纳米棒的合成及形成机理研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 刘超;刘存兄;倪邦发;阮向东;肖才锦;赵常军;高思泽;;利用固体核径迹技术制备氧化锌(ZnO)纳米材料的研究[A];第十二届全国活化分析学术交流会论文摘要汇编[C];2010年
4 刘晓红;张俊彦;杨生荣;;氧化锆纳米线/纳米管的制备及表征[A];甘肃省化学会第二十四届年会论文集[C];2005年
5 王璇;凌星;张锦;刘忠范;;SPM加工辅助的ZnO纳米线在表面的定点生长[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
6 余乐书;丰慧;胡征;;原位氯化物产生法合成铬基化合物纳米结构[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年
7 胡业旻;王学斌;霍开富;吴强;胡征;;ZnO一维纳米材料在Cu-Zn合金基片上的大面积直接生长及场发射性能研究[A];第六届华东三省一市真空学术交流会论文集[C];2009年
8 胡征;;碳纳米管及Ⅲ族氮化物一维纳米材料的生长、结构和场发射性能研究[A];中国真空学会第六届全国会员代表大会暨学术会议论文摘要集[C];2004年
9 于伟东;李效民;吴峰;高相东;;网格衬底上制备一维氧化物纳米材料[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
10 徐成彦;甄良;张琪;唐婕;秦禄昌;;Na_2Ti_6O_(13)纳米带的制备及表征(英文)[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 韦东远;纳米材料与纳米科技的研究进展[N];中国社会科学院院报;2006年
2 郎花;揭秘低热固相化学反应法制备纳米技术[N];新疆科技报(汉);2007年
3 宋常田;二氧化钛研究在国内取得新进展[N];中国改革报;2009年
4 记者 赵凤华通讯员 刘玮;北工大一成果入选中国高校2007年十大科技进展[N];科技日报;2007年
5 自治区科技成果管理办公室 提供;一维纳米功能复合氧化物的低热固相制备及机理研究[N];新疆科技报(汉);2007年
6 刘树云;铁填充碳纳米管实现可控制备[N];中国化工报;2007年
7 本报记者  李燕京 ;纳米离咱是近还是远?[N];中国消费者报;2006年
8 本报记者 韩士德;把科技的春风送到农村千家万户[N];科技日报;2009年
9 柏林记者 张兆军;我合成首例单晶碲化物纳米带[N];科技日报;2007年
10 郝钢;我国科学家合成世界首例单晶碲化物纳米带[N];中国有色金属报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李晓茹;受限空间内一维纳米材料的制备与生长机理研究[D];青岛大学;2010年
2 杨青;硼和硼化物一维纳米材料的制备与表征[D];浙江大学;2006年
3 王治宇;一维碳纳米材料及其复合结构的制备与表征[D];大连理工大学;2007年
4 何承雨;一维纳米材料的生长机理、结构调控及性能研究[D];南京大学;2010年
5 张辉;准一维纳米材料的化学法制备、表征及应用研究[D];浙江大学;2005年
6 周庆涛;半导体纳米线及其阵列可控生长和物性研究[D];合肥工业大学;2008年
7 何涛;准一维纳米管的结构设计与电子结构调控[D];山东大学;2010年
8 武光;尿素辅助合成磷酸镍纳米管及其催化性能研究[D];大连理工大学;2012年
9 谢科予;金属氧化物纳米管阵列的阳极氧化制备、表征及在能量储存与转化器件中的应用[D];中南大学;2012年
10 李东栋;Pt、Co和TiO_2一维纳米阵列的制备、表征及性能研究[D];上海交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蔡婧;一维纳米材料的相平衡主导VLS生长机理及其生长动力学研究[D];南京大学;2011年
2 昌杰;稀土化合物准一维纳米材料的制备及表征[D];安徽大学;2010年
3 王秀春;SiC基一维纳米材料的结构调控及性能研究[D];太原理工大学;2011年
4 赫晓东;Zn~(2+)离子掺杂TiO_2一维纳米材料的制备及其光催化性能研究[D];内蒙古工业大学;2010年
5 李保理;Si基溅射Nb/Ga_2O_3氨化制备GaN纳米材料的研究[D];山东师范大学;2008年
6 陈万平;钛酸锶和钛酸锶钡一维纳米材料的制备研究[D];湘潭大学;2007年
7 胡彬;一维钼氧化物纳米材料的制备及性能调控[D];武汉理工大学;2008年
8 王培培;几种一维纳米材料的超声水合法合成与表征[D];吉林大学;2009年
9 张宁;稀土化合物一维纳米材料的合成与表征[D];中南大学;2009年
10 周斌;一维氧化锌纳米材料的制备及其光学性能研究[D];山东大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026