超薄氧化铝模板的制备及其应用

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近年来,由于低维纳米材料独特的物理和化学性质,因而对其的研究引起了越来越多的关注。随着研究的深入,低维纳米材料在催化、生物传感器、数据存储和磁传感器等方面都表现出广泛的应用前景。由于纳米结构的性质受其形态影响巨大,如各种磁性纳米材料的尺寸、大小、形状的差别对于其磁学性质的影响巨大,如何保证纳米结构的尺寸相同,大小均匀,形状相差不大就成为当前纳米材料研究的重点。阳极氧化铝模板合成技术,是近年来发展起来的制备低维纳米有序结构的最重要的技术之一,利用AAO模板合成技术,人们可以根据需要生长出各种有序纳米结构,如纳米点、纳米线和纳米管等。   本文主要采用两步氧化法制备阳极氧化铝模板,并对阳极氧化铝法辅助生长纳米点阵列进行了详细的研究,主要包括以下两方面的工作:一、改良模板的制备过程并成功制各出三种不同孔径大小的模板,二、样品的制备及表征。   在对AAO模板改良方面,本文通过观测铝片热处理前后所制备样品的SEM图像,深入研究了晶界对样品表面的影响;通过研究不同的电解液和氧化电压对制各模板的影响,发现每种电解液,都有对应的氧化电压范围,超出这个范围就很难成孔;本论文还研究了蒸镀速度在制备纳米点阵列时的影响,以及如何能使AAO模板和衬底更好的相结合的方法。   在改善制备模板的实验条件后,本文选用摩尔分数为0.3M的硫酸和草酸溶液作为电解液,在分别在20V和40V条件下进行铝片的两步阳极氧化,得到孔径大小分别为20nm、40nm的AAO模板,孔间距约为65nm、100nm。通过对40nm孔径大小的模板在35℃,质量分数为5wt%的磷酸溶液中扩孔15min扩孔的方法得到孔径大小为80nm的AAO模板。   本文首先利用孔径大小为40nm的AAO模板作为掩膜来研究高密度的有序金纳米点阵列的制备,以表征得到的模板对制备纳米点阵列有序度的影响。在所需要的衬底上成功得到直径为40nm,填充密度高达1.45×1010cm-2的金纳米点阵列。通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对金纳米点阵列的表面形貌进行了表征,证明超薄AAO模板法明显改善了金纳米点阵列分布的尺寸均匀度。接下来主要是通过采用不同孔径大小的AAO模板作为掩模研究高密度的磁性纳米点阵列制备。在所需要的衬底上得到大小高度可控的钴纳米点阵列,直径分别为20纳米,40纳米和80纳米。填充密度根据模板孔径的密度而变化。利用SEM和AFM对钴纳米点阵列的形貌进行了研究。SEM和AFM的图像表明,利用二次阳极氧化法生长的AAO模板明显改善了钴纳米点阵列分布的尺寸均匀性和有序度。钴纳米点阵列的磁性质通过磁力显微镜进行了表征。
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