金屬納米結(jié)構(gòu)的電化學(xué)沉積及表征.pdf

1、與許多制備納米材料的方法相比，電沉積技術(shù)由于具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。多孔陽(yáng)極氧化鋁(AAO)模板作為一種載體為合成大面積的一維納米結(jié)構(gòu)陣列提供了一種很有效的方法。本文以電沉積技術(shù)為制備方法開(kāi)展了基于AAO模板的納米線陣列和單晶襯底上外延磁性薄膜的研究工作。在制備了高度有序的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板的基礎(chǔ)上，測(cè)試了其自身的光致發(fā)光性能；采用循環(huán)伏安法成功地以AAO為模板組裝了金屬納米線陣列，以及在Cu(110)單晶襯底上外延生長(zhǎng)了高質(zhì)量的

2、單晶Co薄膜。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1.高度有序的納米孔洞模板是制備納米線陣列的基礎(chǔ)，本文以草酸電解液為例，詳細(xì)研究了高度有序的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板的制備工藝。以高純度的鋁片為原料，分別以草酸、硫酸、磷酸為電解液，采用二次陽(yáng)極氧化法制備了孔洞高度有序并呈六方排列的陽(yáng)極氧化鋁模板。模板的孔徑在20～500nm范圍內(nèi)可調(diào)，孔密度在109～1011孔/cm2的范圍，模板的厚度主要由氧化時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)決定。通過(guò)對(duì)電化學(xué)陽(yáng)極氧

3、化條件的調(diào)變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)AAO模板的厚度、孔徑大小、孔密度分布等結(jié)構(gòu)參數(shù)在很大范圍內(nèi)的控制。X射線衍射技術(shù)證明氧化鋁模板整體呈無(wú)定形態(tài)。探討了氧化鋁模板的生長(zhǎng)機(jī)制，認(rèn)為它受化學(xué)因素和物理因素的綜合制約。 2.在以AAO為模板的納米結(jié)構(gòu)合成與物性研究工作中，深入了解AAO模板的自身物理性質(zhì)是十分重要的。本文研究了草酸溶液中制備的陽(yáng)極氧化鋁模板在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行熱處理后的光致發(fā)光特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)多孔氧化鋁模板在400-600nm之間有一

4、個(gè)強(qiáng)的藍(lán)發(fā)光帶，峰位置在445nm。發(fā)光強(qiáng)度隨著熱處理溫度的升高而升高，500℃時(shí)達(dá)到最大值，繼續(xù)升高溫度，發(fā)光強(qiáng)度迅速下降。結(jié)合X射線衍射、熱重分析、電子順磁共振技術(shù)，對(duì)氧化鋁的結(jié)構(gòu)變化與發(fā)光機(jī)理之間的關(guān)系進(jìn)行了比較深入的探討。認(rèn)為此光致發(fā)光帶是由氧空位缺陷所引起的，而不是由草酸根離子相關(guān)的有機(jī)雜質(zhì)所導(dǎo)致的。隨著溫度升高，負(fù)責(zé)發(fā)光的順磁性色心濃度呈現(xiàn)低→高→低的變化趨勢(shì)，與光致發(fā)光結(jié)果一致。 3.實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的可控合成，是納米

5、材料應(yīng)用的重要前提之一。以高度有序的多孔陽(yáng)極氧化鋁為模板，采用一種新的電沉積技術(shù)—循環(huán)伏安法，組裝了金屬納米線陣列，實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)徑比的控制。首先在AAO模板孔道內(nèi)制備了高度有序的Ag、Cu、Au納米線陣列，直徑約為60nm，長(zhǎng)徑比可達(dá)500。更重要的是通過(guò)調(diào)整電沉積參數(shù)成功獲得了沒(méi)有模板支撐依然直立的高密度的Ag、Cu、Au納米線陣列，長(zhǎng)徑比可以控制在5左右。證明循環(huán)伏安法電化學(xué)技術(shù)與模板相結(jié)合是制備一維納米線陣列的有效方法，易于調(diào)制納米

6、線的生長(zhǎng)，控制納米線的長(zhǎng)徑比。X射線衍射結(jié)果表明采用循環(huán)伏安法制備的金屬納米線陣列的X射線衍射花樣與標(biāo)準(zhǔn)的多晶粉末衍射花樣明顯不同，尤其Cu納米線陣列在(220)方向取向性很強(qiáng)，可能與制備方法有關(guān)。最后對(duì)金屬納米線在陽(yáng)極氧化鋁模板中的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了探討。 4.電化學(xué)沉積與X射線磁圓二色技術(shù)(XMCD)相結(jié)合研究磁性薄膜。利用循環(huán)伏安法在Cu(110)單晶襯底上外延生長(zhǎng)了Co薄膜。由于Cu和Co的晶格常數(shù)非常匹配，所以外延的Co薄

7、膜具有面心立方的晶體結(jié)構(gòu)。搖擺曲線證明了Co薄膜有很好的單晶性能，(220)峰的半高寬只有1°。掃描電鏡的結(jié)果顯示單晶Co薄膜是一平整連續(xù)薄膜，幾乎沒(méi)有缺陷。X射線光電子能譜實(shí)驗(yàn)證明了電沉積外延制備的Co薄膜沒(méi)有被氧化，可與分子束外延制備的Co薄膜相媲美。利用X射線磁圓二色吸收譜較好地分離了Co原子的自旋磁矩和軌道磁矩，得出17nm厚的Co薄膜中Co原子的軌道磁矩μorb=0.138μB，自旋磁矩μspin=1.644μB；Co薄膜厚度