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基于扫描探针显微术(SPM)和软刻蚀技术(SL)的表面纳米结构制备一直是人们研究的热点。蘸笔纳米刻蚀(dip-pen nanolithography,DPN)技术是基于原子力显微镜(AFM)的表面纳米结构制备技术,它利用AFM针尖把物质转移到目标基底上,从而得到纳米尺度的物质结构。微接触印刷(microcontactprinting,μCP)技术则是利用具有微纳米图案的较软的高分子材料作为印章,把吸附于其上的目标物质转移到基底上,从而得到与印章微纳米图案类似的目标结构。本论文对DPN和μCP在表面无机纳米材料的构建、机理以及应用方面进行了系统的研究,主要成果包括:
1.以CH<,3>CSNH<,2>和Cd(Ac)<,2>为硫源和镉源,以自动形成于针尖和基底之间的毛细冷凝水珠为微反应器,利用DPN技术在云母和硅基底表面控制合成了连续的半导体CdS纳米结构,研究了基底表面性质、温度、湿度、书写速率等条件对CdS纳米结构制备的影响;利用CdS与--SH自组装膜之间的强相互作用,使得制备的纳米结构的尺寸在小于1nm到百nm的范围内可调。
2.研究了接触模式下AFM针尖与SiO<,x>/Si基底摩擦产生的静电并且利用KFM对在表面产生的静电势进行了定量的表征;利用产生的静电势作为拉动力,成功地在SiO<,x>/Si表面上实现了Au、ZnO、CdTe纳米颗粒以及:Fe/Mo纳米团簇的直接书写。而且,书写速率相对以前的文献报道有3~4个数量级的提高。
3.以可水解金属盐的乙醇溶液为墨汁,利用DPN技术直接实现了金属氧化物纳米颗粒的表面排布。
4.基于μCP技术,以表面能较低的疏水的。PDMS为印章,以无机纳米颗粒乙醇溶液为墨汁,直接在SiO<,x>/Si表面构建由ZnO、CdS、CdTe、Fe、Fe<,3>O<,4>纳米颗粒和Fe/Mo纳米图簇构成的微、纳米结构。
5.利用μCP技术直接印刷FeCl<,3>.6H<,2>O、NiCl<,2>.6H<,2>O乙醇溶液,在基底表面得到由金属氧化物纳米颗粒构成的微、纳米结构;发现并解释了“凹凸反置”的现象。利用印刷在表面的金属氧化物纳米颗粒作为催化剂,成功地在表面制备了高密度的单壁碳纳米管薄膜,并且在同一基片上对碳纳米管的密度进行了调控。
利用μCP印刷在表面的ZnO纳米颗粒作为晶核以及Fe<,3>O<,4>纳米颗粒作为催化剂,分别实现了溶液中图案化ZnO纳米棒阵列的制备以及CVD条件下图案化多壁碳纳米管阵列的制备。