纳米阵列及器件的制备
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
羰基(-C=O)和OH基与敏化剂复合，再放Ag+离子溶液中， 在孔壁上形成不连续分布的纳米Ag粒子，再放入含有还原 剂的金属无电镀液中，形成金属管。 • 缺点：只能调节纳米管内径尺寸，不能调节长度
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
厚膜模板组装法
例：Au纳米线阵列的制备
经聚乙烯基吡啶表面 改性聚碳酸酯膜(孔径 10～30nm)
电电荷释放三维电压/电流信号图。 据英国《科学》报道，美国佐治亚理
工学院教授、中国国家纳米科学中心海外 主任王中林等成功地在纳米尺度范围内将 机械能转换成电能，研制出世界上最小的
发电机——纳米发电机。
静思笃行 持中秉正
气相法
气相法制备纳米阵列结构的基本原理是：通过 化学气相沉积法、高温热蒸发法、脉冲激光蒸 发法、高温热解法等在纳米结构的模板中组装 纳米阵列体系。由于气相法首先要使反应物处 于气态，再经过气体之间的反应或气体的凝聚 得到纳米阵列。由于处于气相中各种物质的温 度、气流速度、空间位置等都会影响纳米阵列 的结构，因此要控制所制备的纳米阵列的纯度 或组分含量比较困难。应该注意的是，若是体 系对温度敏感的不能采用这个方法，因为在高 温条件下有些物质会发生化学变化。
模板的分类和制备
1
氧化铝模板
3
金属模板
2
高分子模板
4 其它多孔模板材 料
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
பைடு நூலகம்相法
电沉积
无电沉积
模板组装纳 米阵列方法
化学 聚合
溶胶-凝胶
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
模板组装法
a. 电化学沉积法
• 用途：组装金属和导电高分子的丝和管 • 步骤：先在模板的一面用溅射或蒸发法涂上一层金属薄
• 用于制备无机半导体：如TiO2、ZnO、WO3等
e. 化学气相沉积法（CVD法）
一般化学气相沉积法的沉积速度太快，将孔洞口堵塞。
例：①Al2O3模板
700℃高 温炉中
乙烯、丙烯气体在模板孔洞内发 生热解，在孔洞壁上形成碳膜
②无电镀法先合 成Au的管和丝
模板溶去
Au丝和管
气相沉积法 涂TiS2
Au/TiS2复合丝和管
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
c. 化学聚合
模板组装法
通过化学或电化学法使模板孔洞内的单体聚合成高聚物 的管或丝 化学法步骤：模板在单体和引发剂的混合溶液中浸泡， 加温或光引发聚合，聚合物纳米管或丝的阵列体系 电化学步骤：在模板一面涂上金属作为阳极，通电使模 板孔洞内的单体聚合形成管或丝的阵列
例： ①导电高分子聚-3-甲基噻吩、聚吡咯丝（比块体电导高一个数 量级）丝越细，电导越大，可用作微电子元件
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
XXXXXX
纳米阵列组装体系的应用
（1）量子磁盘与高密度磁存储 （2）高效能量转化器件 （3）光吸收过滤器与调制器
（4）高效电容器 （5）纳米电极 （6）超高灵敏度电探测器和高密度电接线头
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
纳米发电机
秋记与你分享
纳米发电机是基于规则的氧化锌纳米 线的纳米发电机。(A)在氧化铝衬底上生 长的氧化锌纳米线的扫描电子显微镜图像。 (B)在导电的原子力显微镜针尖作用下， 纳米线利用压电效应发电的示意图。(C) 当原子力显微镜探针扫过纳米线阵列时压
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
无电沉积法
无电沉积又称化学沉积。跟电沉积相比，无电 沉积无需外接电源，它是通过溶液中氧化剂和 还原剂之间得失电子实现的，溶液中金属离子 的还原是靠溶液中的还原剂提供的电子。在敏 化剂和还原剂的作用下，把金属组装到模板孔 来制备纳米金属管或金属线的阵列。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
纳米阵列及器件的制备
秋记与你分享
答辩人：XXX 导 师：XXX
静思笃行 持中秉正
纳米阵列
以纳米颗粒和人造原子、纳米线、纳米棒、纳 米环、纳米管及纳米尺度的通道和孔洞等作为 纳米结构的物质单元，把这些物质单元按照一 定的规则排列起来就形成纳米阵列。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
纳米阵列组装体系的制备方法
非模板法没有模板法的通用性好，而且在组装成 分、结构相对复杂的纳米阵列方面其工艺难度更
大，在此主要介绍模板法。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
模板法合成纳米阵列体系具有 以下特点：
（1）适用性广，可以利用模板法制备各种材料的纳米阵列；
（2）纳米阵列的直径更小，可以获得其它手段难以得 到的直径较小的纳米阵列，而且还可以对纳米阵 列的直径进行微调；
模板法 非模板法
20世纪90年代开始兴起的模板合成法是一项集成 了物理、化学等多种方法的前沿技术，对于制备纳 米阵列材料有极其重要的作用，这是由于为了得到 常规体系所不具备的新物性，可以设计、组装人们 所需要的纳米结构阵列。通过模板合成法制备纳米 阵列可以更加自由地调节纳米阵列体系的性质，就 为成功设计多功能的纳米器件的元件提供了保证。
膜作为电镀的阴极，选择被组装金属的盐溶液作为电解 液，在一定电解条件下组装。 • Au纳米管：先在孔壁上形成分子锚(氢硅烷与-OH形成) ，使金属优先在管壁上形成膜。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
模板组装法
b. 无电沉积（无电镀法）
• 二要素：敏化剂：Sn2+，还原剂 • 步骤：将模板先在敏化剂溶液中浸泡，孔壁上的胺(H2N)、
（3）所制备的材料具有良好的单分散性，可以制得跟 模板具有相同孔径、单分散好的纳米结构材料；
（4）分离纳米线的操作更加简单；
（5）制备高度有序的纳米阵列体系更加容易；
（6）纳米结构性能易于实现微调，可以根据模板内被组装物质 的成分以及纳米管、纳米丝的长径比对纳米结构性能进行 调节控制。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
化学聚合法
化学聚合法是使模板孔洞内的单体聚合形成高 聚物的管或线的方法。其具体过程是：先把模 板完全浸末到单体和引发剂的反应混合溶液中， 在加热或紫外光照射下，进入模板孔洞的溶液 经聚合反应形成聚合物的管或线的纳米阵列体 系。管或丝的形成取决于聚合时间的长短，聚 合时间短就形成纳米管，随聚合时间的增加， 管壁厚度也不断增加，最后形成纳米线。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
模板组装法
例②
氧化铝模板在丙 水溶液聚合 烯腈饱和水溶液 中浸泡
聚丙烯腈纳 750℃空气 纳米碳管阵 米管阵列 1h、 N2 1h 列体系
溶Al2O3
复合丝
组装Au丝
组装丙烯腈管
碳管
聚丙烯腈管
碳管
秋记与你分享
Au丝
静思笃行 持中秉正
模板组装法
d. 溶胶-凝胶法
• 步骤：将氧化铝模板浸泡在溶胶中使溶胶沉积在模板孔洞的壁上， 热处理成纳米管（浸泡时间短）或纳米丝（浸泡时间长）
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
厚膜模板组装法
例：Au纳米线阵列的制备
经聚乙烯基吡啶表面 改性聚碳酸酯膜(孔径 10～30nm)
电电荷释放三维电压/电流信号图。 据英国《科学》报道，美国佐治亚理
工学院教授、中国国家纳米科学中心海外 主任王中林等成功地在纳米尺度范围内将 机械能转换成电能，研制出世界上最小的
发电机——纳米发电机。
静思笃行 持中秉正
气相法
气相法制备纳米阵列结构的基本原理是：通过 化学气相沉积法、高温热蒸发法、脉冲激光蒸 发法、高温热解法等在纳米结构的模板中组装 纳米阵列体系。由于气相法首先要使反应物处 于气态，再经过气体之间的反应或气体的凝聚 得到纳米阵列。由于处于气相中各种物质的温 度、气流速度、空间位置等都会影响纳米阵列 的结构，因此要控制所制备的纳米阵列的纯度 或组分含量比较困难。应该注意的是，若是体 系对温度敏感的不能采用这个方法，因为在高 温条件下有些物质会发生化学变化。
模板的分类和制备
1
氧化铝模板
3
金属模板
2
高分子模板
4 其它多孔模板材 料
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
பைடு நூலகம்相法
电沉积
无电沉积
模板组装纳 米阵列方法
化学 聚合
溶胶-凝胶
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
模板组装法
a. 电化学沉积法
• 用途：组装金属和导电高分子的丝和管 • 步骤：先在模板的一面用溅射或蒸发法涂上一层金属薄
• 用于制备无机半导体：如TiO2、ZnO、WO3等
e. 化学气相沉积法（CVD法）
一般化学气相沉积法的沉积速度太快，将孔洞口堵塞。
例：①Al2O3模板
700℃高 温炉中
乙烯、丙烯气体在模板孔洞内发 生热解，在孔洞壁上形成碳膜
②无电镀法先合 成Au的管和丝
模板溶去
Au丝和管
气相沉积法 涂TiS2
Au/TiS2复合丝和管
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
c. 化学聚合
模板组装法
通过化学或电化学法使模板孔洞内的单体聚合成高聚物 的管或丝 化学法步骤：模板在单体和引发剂的混合溶液中浸泡， 加温或光引发聚合，聚合物纳米管或丝的阵列体系 电化学步骤：在模板一面涂上金属作为阳极，通电使模 板孔洞内的单体聚合形成管或丝的阵列
例： ①导电高分子聚-3-甲基噻吩、聚吡咯丝（比块体电导高一个数 量级）丝越细，电导越大，可用作微电子元件
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
XXXXXX
纳米阵列组装体系的应用
（1）量子磁盘与高密度磁存储 （2）高效能量转化器件 （3）光吸收过滤器与调制器
（4）高效电容器 （5）纳米电极 （6）超高灵敏度电探测器和高密度电接线头
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
纳米发电机
秋记与你分享
纳米发电机是基于规则的氧化锌纳米 线的纳米发电机。(A)在氧化铝衬底上生 长的氧化锌纳米线的扫描电子显微镜图像。 (B)在导电的原子力显微镜针尖作用下， 纳米线利用压电效应发电的示意图。(C) 当原子力显微镜探针扫过纳米线阵列时压
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
无电沉积法
无电沉积又称化学沉积。跟电沉积相比，无电 沉积无需外接电源，它是通过溶液中氧化剂和 还原剂之间得失电子实现的，溶液中金属离子 的还原是靠溶液中的还原剂提供的电子。在敏 化剂和还原剂的作用下，把金属组装到模板孔 来制备纳米金属管或金属线的阵列。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
纳米阵列及器件的制备
秋记与你分享
答辩人：XXX 导 师：XXX
静思笃行 持中秉正
纳米阵列
以纳米颗粒和人造原子、纳米线、纳米棒、纳 米环、纳米管及纳米尺度的通道和孔洞等作为 纳米结构的物质单元，把这些物质单元按照一 定的规则排列起来就形成纳米阵列。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
纳米阵列组装体系的制备方法
非模板法没有模板法的通用性好，而且在组装成 分、结构相对复杂的纳米阵列方面其工艺难度更
大，在此主要介绍模板法。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
模板法合成纳米阵列体系具有 以下特点：
（1）适用性广，可以利用模板法制备各种材料的纳米阵列；
（2）纳米阵列的直径更小，可以获得其它手段难以得 到的直径较小的纳米阵列，而且还可以对纳米阵 列的直径进行微调；
模板法 非模板法
20世纪90年代开始兴起的模板合成法是一项集成 了物理、化学等多种方法的前沿技术，对于制备纳 米阵列材料有极其重要的作用，这是由于为了得到 常规体系所不具备的新物性，可以设计、组装人们 所需要的纳米结构阵列。通过模板合成法制备纳米 阵列可以更加自由地调节纳米阵列体系的性质，就 为成功设计多功能的纳米器件的元件提供了保证。
膜作为电镀的阴极，选择被组装金属的盐溶液作为电解 液，在一定电解条件下组装。 • Au纳米管：先在孔壁上形成分子锚(氢硅烷与-OH形成) ，使金属优先在管壁上形成膜。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
模板组装法
b. 无电沉积（无电镀法）
• 二要素：敏化剂：Sn2+，还原剂 • 步骤：将模板先在敏化剂溶液中浸泡，孔壁上的胺(H2N)、
（3）所制备的材料具有良好的单分散性，可以制得跟 模板具有相同孔径、单分散好的纳米结构材料；
（4）分离纳米线的操作更加简单；
（5）制备高度有序的纳米阵列体系更加容易；
（6）纳米结构性能易于实现微调，可以根据模板内被组装物质 的成分以及纳米管、纳米丝的长径比对纳米结构性能进行 调节控制。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
化学聚合法
化学聚合法是使模板孔洞内的单体聚合形成高 聚物的管或线的方法。其具体过程是：先把模 板完全浸末到单体和引发剂的反应混合溶液中， 在加热或紫外光照射下，进入模板孔洞的溶液 经聚合反应形成聚合物的管或线的纳米阵列体 系。管或丝的形成取决于聚合时间的长短，聚 合时间短就形成纳米管，随聚合时间的增加， 管壁厚度也不断增加，最后形成纳米线。
秋记与你分享
静思笃行 持中秉正
模板组装法
例②
氧化铝模板在丙 水溶液聚合 烯腈饱和水溶液 中浸泡
聚丙烯腈纳 750℃空气 纳米碳管阵 米管阵列 1h、 N2 1h 列体系
溶Al2O3
复合丝
组装Au丝
组装丙烯腈管
碳管
聚丙烯腈管
碳管
秋记与你分享
Au丝
静思笃行 持中秉正
模板组装法
d. 溶胶-凝胶法
• 步骤：将氧化铝模板浸泡在溶胶中使溶胶沉积在模板孔洞的壁上， 热处理成纳米管（浸泡时间短）或纳米丝（浸泡时间长）