納米陣列及器件的制備

答辯人：XXX導師：XXX納米陣列及器件的制備

納米陣列以納米顆粒和人造原子、納米線、納米棒、納米環(huán)、納米管及納米尺度的通道和孔洞等作為納米結構的物質(zhì)單元，把這些物質(zhì)單元按照一定的規(guī)則排列起來就形成納米陣列。

納米陣列組裝體系的制備方法

1模板法20世紀90年代開始興起的模板合成法是一項集成了物理、化學等多種方法的前沿技術，對于制備納米陣列材料有極其重要的作用，這是由于為了得到常規(guī)體系所不具備的新物性，可以設計、組裝人們所需要的納米結構陣列。通過模板合成法制備納米陣列可以更加自由地調(diào)節(jié)納米陣列體系的性質(zhì)，就為成功設計多功能的納米器件的元件提供了保證。2非模板法非模板法沒有模板法的通用性好，而且在組裝成分、結構相對復雜的納米陣列方面其工藝難度更大，在此主要介紹模板法。

模板法合成納米陣列體系具有以下特點：（1）適用性廣，可以利用模板法制備各種材料的納米陣列；（2）納米陣列的直徑更小，可以獲得其它手段難以得到的直徑較小的納米陣列，而且還可以對納米陣列的直徑進行微調(diào)；（3）所制備的材料具有良好的單分散性，可以制得跟模板具有相同孔徑、單分散好的納米結構材料；（4）分離納米線的操作更加簡單；（5）制備高度有序的納米陣列體系更加容易；（6）納米結構性能易于實現(xiàn)微調(diào)，可以根據(jù)模板內(nèi)被組裝物質(zhì)的成分以及納米管、納米絲的長徑比對納米結構性能進行調(diào)節(jié)控制。

氧化鋁模板

1高分子模板

2金屬模板

3其它多孔模板材料

4模板的分類和制備

氣相法無電沉積電沉積化學聚合

溶膠-凝膠模板組裝納米陣列方法a.電化學沉積法用途：組裝金屬和導電高分子的絲和管步驟：先在模板的一面用濺射或蒸發(fā)法涂上一層金屬薄膜作為電鍍的陰極，選擇被組裝金屬的鹽溶液作為電解液，在一定電解條件下組裝。Au納米管：先在孔壁上形成分子錨(氫硅烷與-OH形成)，使金屬優(yōu)先在管壁上形成膜。模板組裝法b.無電沉積（無電鍍法）二要素：敏化劑：Sn2+，還原劑步驟：將模板先在敏化劑溶液中浸泡，孔壁上的胺(H2N)、羰基(-C=O)和OH基與敏化劑復合，再放Ag+離子溶液中，在孔壁上形成不連續(xù)分布的納米Ag粒子，再放入含有還原劑的金屬無電鍍液中，形成金屬管。缺點：只能調(diào)節(jié)納米管內(nèi)徑尺寸，不能調(diào)節(jié)長度

模板組裝法經(jīng)聚乙烯基吡啶表面改性聚碳酸酯膜(孔徑10～30nm)例：Au納米線陣列的制備厚膜模板組裝法c.化學聚合通過化學或電化學法使模板孔洞內(nèi)的單體聚合成高聚物的管或絲化學法步驟：模板在單體和引發(fā)劑的混合溶液中浸泡，加溫或光引發(fā)聚合，聚合物納米管或絲的陣列體系電化學步驟：在模板一面涂上金屬作為陽極，通電使模板孔洞內(nèi)的單體聚合形成管或絲的陣列例：①導電高分子聚-3-甲基噻吩、聚吡咯絲（比塊體電導高一個數(shù)量級）絲越細，電導越大，可用作微電子元件模板組裝法例②氧化鋁模板在丙烯腈飽和水溶液中浸泡水溶液聚合聚丙烯腈納米管陣列750℃空氣1h、N21h納米碳管陣列體系溶Al2O3碳管組裝丙烯腈管組裝Au絲復合絲聚丙烯腈管碳管Au絲

模板組裝法d.溶膠-凝膠法步驟：將氧化鋁模板浸泡在溶膠中使溶膠沉積在模板孔洞的壁上，熱處理成納米管（浸泡時間短）或納米絲（浸泡時間長）用于制備無機半導體：如TiO2、ZnO、WO3等e.化學氣相沉積法（CVD法）例：①Al2O3模板700℃高溫爐中乙烯、丙烯氣體在模板孔洞內(nèi)發(fā)生熱解，在孔洞壁上形成碳膜②無電鍍法先合成Au的管和絲模板溶去Au絲和管氣相沉積法涂TiS2Au/TiS2復合絲和管一般化學氣相沉積法的沉積速度太快，將孔洞口堵塞。模板組裝法

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XXXXXX納米陣列組裝體系的應用（1）量子磁盤與高密度磁存儲（2）高效能量轉化器件（3）光吸收過濾器與調(diào)制器（4）高效電容器

（5）納米電極

（6）超高靈敏度電探測器和高密度電接線頭

納米發(fā)電機

納米發(fā)電機是基于規(guī)則的氧化鋅納米線的納米發(fā)電機。(A)在氧化鋁襯底上生長的氧化鋅納米線的掃描電子顯微鏡圖像。(B)在導電的原子力顯微鏡針尖作用下，納米線利用壓電效應發(fā)電的示意圖。(C)當原子力顯微鏡探針掃過納米線陣列時壓電電荷釋放三維電壓/電流信號圖。據(jù)英國《科學》報道，美國佐治亞理工學院教授、中國國家納米科學中心海外主任王中林等成功地在納米尺度范圍內(nèi)將機械能轉換成電能，研制出世界上最小的發(fā)電機——納米發(fā)電機。

氣相法氣相法制備納米陣列結構的基本原理是：通過化學氣相沉積法、高溫熱蒸發(fā)法、脈沖激光蒸發(fā)法、高溫熱解法等在納米結構的模板中組裝納米陣列體系。由于氣相法首先要使反應物處于氣態(tài)，再經(jīng)過氣體之間的反應或氣體的凝聚得到納米陣列。由于處于氣相中各種物質(zhì)的溫度、氣流速度、空間位置等都會影響納米陣列的結構，因此要控制所制備的納米陣列的純度或組分含量比較困難。應該注意的是，若是體系對溫度敏感的不能采用這個方法，因為在高溫條件下有些物質(zhì)會發(fā)生化學變化。

無電思沉積錘法無電浩沉積番又稱訓化學桂沉積蛙。跟耗電沉飽積相起比，鄭無電灣沉積巖無需梨外接懸電源然，它嗽是通俯過溶僅液中直氧化算劑和顛還原國劑之蹦間得增失電熄子實辱現(xiàn)的緊，溶率液中趣金屬鳳離子罩的還挺原是悟靠溶璃液中秀的還殘原劑胸提供猾的電歲子。夏在敏靜化劑汪和還候原劑歸的作分用下芒，把針金屬咐組裝災到模懸板孔攻來制尚備納耕米金夢屬管弟或金乒屬線家的陣愚列?；瘜W蘋聚合獎法化學孤聚合略法是衰使模視板孔蠶洞內(nèi)軌的單捷體聚免合形柔成高佩聚物愚的管間或線偏的方覽法。液其具惜體過惠程是昏：先售把模糊板完塔全浸皺末到蒙單體貨和引含發(fā)劑嗽的反柿應混枯合溶回液中屑，在修加熱窯或紫慌外光辰照射僚下，扭進入批模板抓孔洞裂的溶加液經(jīng)晚聚合值反應煮形成師聚合瞞物的百管或頃線的索納米恢陣列應體系腰。管諒或絲示的形英成取麻決于暫聚合粥時間伯的長回短，部聚合繼時間芬短就老形成稠納米跪管，扣隨聚指合時貼間的宣增加美，管津壁厚趕度也曬不斷鈴增加傭，最回后形蓄成納您米線肅。溶膠—凝膠梢法制備耽納米鵲材料賤時，脖人們競普遍綢采用掃的方邁法之弊一便扯是溶帳膠—凝膠滅法。趟凝膠抵是物積理粉膝碎或畜化學群方法屬制得汪的納文米顆頂粒的摩膠體拴溶液馬經(jīng)濃鹿縮形平成的沈。利飯用溶腥膠—凝膠打沉積社方法蓄可以臉用氧位化鋁勺模板簡合成賊管狀厚或線肌狀無就機半尚導體貫納米打陣列繭材料紙。電沉賺積法如果鉗要用秀陽極憑氧化菜鋁或揚高分則子模爺板來偏組裝沈金屬虜和導陰電高膽分子兇的納專米線洪陣列師，那歡么電稻沉積融法是釋一個吉不錯旁的選男擇。雞其具醒體步種驟如繪下：靈由于選模板鞋不導醫(yī)電，點所以姥先在測模板詠的一敢面用騎真空奇濺射轉或真乎空蒸置鍍的按方法是覆蓋瓦上一脖層金宏屬Cu、Ag或Au作為湖電沉希積的不陰極堆，以楊即將煎組裝質(zhì)金的腐屬的查鹽溶長液作詞為電惡沉積態(tài)液，蹦在適內(nèi)當?shù)膸秒姵粱挤e條壘件下反進行大組裝紹，此侮方法峰的優(yōu)醋點是遠通過逗控制丙沉積彼電量電可以廢調(diào)節(jié)考納米達線的打長徑謹比。XX肆XX枯XX際X1

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