电化学沉积方法制备纳米材料课件
制备纳米材料的方法
制备纳米材料的方法
制备纳米材料的方法有很多种,以下是一些常见的方法:
1. 晶体制备法:通过高温高压等特殊工艺制备晶体,然后在表面
上修饰形成纳米材料。
2. 溶液制备法:将溶液蒸发或溅射形成纳米结构,之后通过化学
反应或物理过程使其形成特定的纳米材料。
3. 电化学沉积法:通过电场作用将金属或聚合物沉积到纳米平
台上,然后通过化学或物理方法使其形成纳米材料。
4. 热蒸发法:将熔融物质喷至表面,形成纳米结构。
5. 激光微加工法:通过激光束加工形成纳米结构。
6. 模板法:在基板上制备纳米结构,然后将其转移到其他材料上。
7. 原子力显微镜法:通过原子力显微镜手性固定纳米结构,然后
进行观察和测量。
这些方法各有优缺点,选择合适的方法取决于所需的纳米材料类型、制备目的和资源限制。
mof 电化学沉积
mof 电化学沉积英文回答：Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of nanoporous materials that have attracted considerable attention due to their unique structural and chemical properties, which make them promising candidates forvarious applications, including energy storage, catalysis, drug delivery, and sensing. Electrochemical deposition (ECD) is a versatile technique that can be used to synthesize MOF thin films with controlled morphology, composition, and thickness. In this approach, a metal-organic precursor solution is electrolyzed in the presence of a substrate, which serves as the working electrode. The appliedpotential drives the electrodeposition process, leading to the formation of a MOF film on the substrate surface.The ECD of MOFs offers several advantages over other synthesis methods. Firstly, it allows for the precisecontrol of the film thickness and morphology by adjustingthe deposition parameters such as the applied potential, deposition time, and electrolyte concentration. Secondly, ECD enables the conformal coating of complex substrates with MOFs, which is particularly useful for applications such as microelectronics and sensor devices. Thirdly, the ECD process can be easily scaled up for large-area deposition, making it suitable for industrial-scale production.To date, a wide range of MOFs have been successfully synthesized using ECD, including zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs), metal-organic polyhedra (MOPs), and covalent organic frameworks (COFs). The choice of MOF precursor and electrolyte solution depends on the desired film properties and the specific application. For instance, ZIFs can be synthesized using a zinc salt and an imidazole ligand in an aqueous solution, while MOPs require the use of metal ions and organic ligands in organic solvents.The electrochemical deposition of MOFs involves several key steps. Firstly, the substrate is cleaned and activated to ensure good adhesion of the MOF film. The metal-organicprecursor solution is then prepared by dissolving the appropriate metal salt and organic ligand in a suitable solvent. The precursor solution is typically deoxygenated to remove any dissolved oxygen that could interfere with the electrodeposition process.The electrochemical cell consists of the substrate as the working electrode, a counter electrode (typically a platinum or carbon rod), and a reference electrode (such as a saturated calomel electrode). The precursor solution is introduced into the electrochemical cell, and the desired deposition potential is applied to the working electrode. The electrodeposition process is monitored by measuring the current-time response.Once the desired deposition time has elapsed, the working electrode is removed from the electrochemical cell and rinsed with a suitable solvent to remove any remaining precursor solution. The MOF film can then be characterized using a variety of techniques, such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and atomic force microscopy.The electrochemical deposition of MOFs is a powerful technique that offers a versatile and scalable approach for synthesizing MOF thin films with controlled properties.This technique has enabled the development of a wide rangeof MOF-based devices and applications, and it is expectedto play an increasingly important role in the future development of nanomaterials and functional materials.中文回答：金属有机骨架 (MOF) 的电化学沉积。
《纳米碳材料》课件
纳米碳材料可以作为传感器和探测器 的敏感元件，用于气体、温度、压力 等物理量的检测与控制。
05
纳米碳材料的未来发展 与挑战
提高制备效率与可控性
总结词
提高纳米碳材料的制备效率和可控性是未来发展的重要方向，有助于实现大规模生产和应用。
详细描述
目前纳米碳材料的制备方法主要包括化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等，但这些方法的效 率和可控性仍有待提高。未来需要研究新的制备技术，优化制备条件，实现高效、低成本、大规模的 纳米碳材料生产。
阈值电压和高发射电流密度使得电子能有效地从材料表面发射出来。
光学性质
吸收光谱
纳米碳材料具有宽的吸收光谱范 围，从紫外到可见光再到近红外 。这种特性使得它们在太阳能吸
收和光电器件中有广泛应用。
发光特性
一些纳米碳材料，如碳纳米点， 具有独特的荧光性质，这使得它们 在生物成像、显示技术和照明领域 有潜在的应用。
纳米碳材料的应用领域
总结词
纳米碳材料在许多领域都有广泛的应用前景，如能源、环境、生物医学和电子器件等。
详细描述
在能源领域，纳米碳材料可用于制备高效能电池、超级电容器和太阳能电池等。在环境 领域，纳米碳材料可用于污水处理、空气净化和土壤修复等。在生物医学领域，纳米碳 材料可用于药物输送、生物成像和肿瘤治疗等。在电子器件领域，纳米碳材料可用于制
造高性能电子器件和光电器件等。
02
纳米碳材料的制备方法
化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种常用的制备纳米 碳材料的方法，通过将气体反应物在一 定条件下进行化学反应，生成固态物质 并沉积在基底上形成纳米碳材料。
常用的气体反应物包括甲烷、乙炔、苯等烃 类物质，以及氨气、一氧化碳等非烃类物质 。
电沉积法制备纳米铜粉的研究
电沉积法制备纳米铜粉的研究一、介绍- 研究背景和意义- 研究目的和方法- 相关研究综述二、实验材料和方法- 实验材料介绍- 实验步骤- 实验设备介绍三、实验结果和分析- 纳米铜粉的制备情况- 分析纳米铜粉的结构性质- 分析纳米铜粉的电化学性质四、讨论- 结果解释和分析- 结论- 研究限制五、实验总结和展望- 实验总结- 未来研究方向- 集成实验的应用前景一、介绍电沉积法是一种常用的制备纳米金属粉末的方法。
与传统的物理化学方法相比，电沉积法具有操作简便、制备时间短、重复性好等优点。
尤其是能够控制纳米金属粉末的形貌和尺寸，因此在纳米材料的制备和应用中得到了广泛的应用。
纳米铜粉是一种独特的纳米材料，具有优异的导电、导热和抗氧化性能，可广泛应用于先进电子器件、热电材料和生物医学领域等。
因此，制备纳米铜粉成为了当前研究的热点之一。
本文旨在探究电沉积法制备纳米铜粉的研究。
首先介绍本研究的背景和意义，并明确本文的研究目的和方法。
同时，为了让读者更好理解研究内容，本文概述了相关研究的综述，包括电沉积法制备纳米金属粉的研究现状，以及纳米铜粉的制备方法和应用研究。
在整个文献调研阶段，我们发现，目前许多研究着眼于开发制备单分散、高纯度的纳米铜粉，以满足不同领域应用的需求。
电沉积法通过调控电流密度、电位和沉积时间等因素，可以精细地控制纳米铜粉的形貌和尺寸，并且具有高产率，能够较高效的大规模生产高纯度铜粉。
因此，本文利用电沉积法制备纳米铜粉是一种高效且经济的方法，值得深入研究。
本文主要研究内容是：利用电沉积法制备纳米铜粉，分别调制不同的电流密度，并研究其对纳米铜粉的形貌、尺寸和电化学性能的影响。
目的是探究合适的工艺条件，以获得尽量单分散、高纯度的纳米铜粉。
如果成功制备出高性能的纳米铜粉，可以应用在更多领域，如自行车和汽车零部件、高强度和高耐腐蚀性材料的制备，以及生物医学领域等。
二、实验材料和方法2.1 实验材料本研究所用的铜盐为氯化铜(CuCl2·2H2O)，分析纯度为99.9%。
电化学沉积方法制备纳米材料 ppt课件
选择不同的时间得 到不同纵横比
II 铜沉积增长，电流几乎 不变
III 长出帽，使面积变大， 电流变大
IV 当铜在面上增长时， 电流增加变慢，当铜长 满整个面时，电流趋于定值
M. E. Toimil Molares, et al., Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. B, 2001, 185, 192
PPT课件
5
引言
近几年来，模板电化学合成方法及其相 关的技术得到了迅猛发展，应用该方法已 经成功地制备了磁性材料、金属、合金、 半导体及导电聚合物等多种纳米结构材料。
Khan H R, Petrikowsk K., Mater. Sci. Engi.C, 2002, 19, 345 Nishizawa M, Menon V P, Martin C R, Science, 1995, 268, 700 Valizadeh S, et al.,Thin Solid Films, 2002, 402, 262 Klein J D, et al., Chem. Mater., 1993, 5, 902
PPT课件
7
Seminar I
过程介绍
纳米孔道 模板材料
一般过程
暴露于 电解液
镀Au或Ag 膜作阴极
固定于导 电基底上
Seminar I
PPT课件
恒电压恒电流 电沉积
溶解模板，得到纳 米管或纳米线
8
过程介绍
特点
• 实验设备简单，能耗低，反应可较 低温度进行
• 可合成多种纳米材料 • 纳米材料粒径可调 • 可得单分散纳米结构材料 • 易于分离和收集
PPT课件
9
Seminar I
电化学沉积制备ZnO
5.结 论
• 本文主要介绍了ZnO薄膜的性质、CVD制备方 法、应用及研究进展。主要介绍的电化学沉 积法是一个低成本、沉积速度快、简单可控 的低温沉积技术, 可以成为一种可选择的宽 禁带半导体ZnO 薄膜的制备方法。
的说电化学反应是在电极(电子导体) 和溶液(离子导体)界面上进行的电能和化学能 相互转化的反应。根据溶液体系以及工艺条件 的不同，ZnO薄膜的生长机理也不完全一致。 从电化学电极过程来分，目前可分为阴极还原 理论和阳极氧化理论两种假说。
• 本文采用的电化学沉积法制备薄膜的优点突出 如下：
• ECD基本原理：
O2 + 2H2O+ 4e →4OHNO3- + H2O+ 2e → NO2- + 2OHITO + OH- ITO → - OH-ad Zn2++ 2OH-ad → Zn(OH)2(s) Zn(OH)2(s) → ZnO+ H2O 由于其简单、低成本、膜厚和形貌可控 (通过调节电化学参数) ，本文采用电化学沉积 法成功制备了高光学质量的ZnO 薄膜。
2.引 言
• 氧化锌( ZnO) 是一种性能很好的材料, 在电子、 光学、声学及化学等领域都有广泛应用。
• 而且, ZnO可实现p-型或n-型掺杂, 有很高的导电、 导热性能, 化学性质稳定, 用它来制备发光器件必 然具有高的稳定性。
• 根据1997 年ZnO 的光抽运近紫外受激发射现象的 报道，由于其发射的波长比GaN 蓝光更短, 将在提 高光记录密度和光信息的存取速度方面起到非常重 要的作用, 这引发了对ZnO 半导体激光器件的研究 热潮。
在阴极电流作用下, 溶液中的Zn2+首先在ITO 电 极表面还原为一层纳米级的金属锌, 有利于进一 步诱导生成高质量的ZnO 薄膜 。 3) 采用阴极恒电压模式电沉积ZnO 薄膜, 沉 积溶液为11 mol/ L Zn(NO3)2 水溶液, 沉积时 间为10 min。 4) 电沉积后用去离子水漂洗制备的ZnO 薄膜, 然后自然晾干。
纳米功能材料课件
在能源领域的应用
01
02
03
太阳能电池
纳米功能材料如纳米硅、 纳米染料等可以提高太阳 能电池的转化效率，降低 成本。
燃料电池
纳米功能材料如纳米碳管 、纳米合金等可以改善燃 料电池的电化学性能，提 高能量密度。
储能电池
纳米功能材料如纳米磷酸 铁锂、纳米钛酸锂等可以 改善储能电池的充放电性 能，提高循环寿命。
真空蒸发镀膜法
在高真空条件下，通过加热蒸发材料 ，使其在基底上沉积形成薄膜，该方 法可制备连续、均匀的薄膜，但设备 成本高，操作复杂。
化学法
化学气相沉积
通过控制化学反应条件，使气体 在基底上发生化学反应并沉积成 膜，该方法可制备连续、均匀的 薄膜，但设备成本高，操作复杂
。
溶胶-凝胶法
通过控制溶液的化学反应条件， 使前驱体发生聚合反应形成凝胶 ，再经过干燥和热处理制备纳米 材料。该方法简单易行，但产品
THANKS
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光学性能
总结词
纳米功能材料的光学性能是指其在光场作用下的响应行为，包括光的吸收、散射、折射和发射等。
详细描述
光的吸收、散射和折射等性能在光学器件、光子晶体和光子集成电路等领域具有重要应用。此外，纳 米功能材料还可以通过光激发产生荧光、化学发光等发射性能，这些性能在生物成像、传感和显示技 术等领域具有广泛的应用前景。
环境的破坏。
责任与赔偿
03
明确纳米功能材料生产和应用过程中可能产生的责任和赔偿问
题。
未来展望与建议
加强国际合作
各国政府应加强合作，共同制定全球性的纳米功能材料法规和伦 理标准。
推动研究与创新
鼓励和支持纳米功能材料领域的研究与创新，促进纳米技术的可 持续发展。
新版第六章纳米材料的制备方法课件.ppt
4. 电子束加热：可制备高熔点金属以及相应的氧
化物、碳化物、氮化物等纳米粒子，通常在高真 空中使用
5. 微波加热：加热速度快且均匀，节能高效，易 于控制，但不适用于金属材料
6. 电弧加热：有气中电弧精选和真空电弧两种
6
6.1.1 物理气相沉淀法(PVD)
• 定义：在整个纳米材料形成过程中没有发 生化学反应，主要是利用各种热源促使金 属等块体材料蒸发气化，然后冷却沉积而 得到纳米材料。主要用于制备金属纳米微 粒
精选
27
1. 热分解法：利用金属化合物的热分解反应来制备 超微粒的方法。
公式：S1
S2 + G1
常选用有机盐前驱体，由于有机盐易提纯、金属
组成明确，分解温度低，但是价格高，产生的
碳容易进入分解生成物
2. 火花放电法：
例如：氧化铝的制备，在水槽内放入金属铝粒的堆 积层，把电极插入层中，利用在铝粒间发生的 火花放电来制备微粉
• 物质的微粉化机理： 1. 将大块物质极细地分割（粉碎过程）
2. 将最小单位(原子或分子)组合（构筑过 程）
精选
26
• 分类：
粉碎法包括：(用球磨机、喷射磨等进行粉 碎)，化学处理(溶出法)等
构筑法包括：热分解法(大多数是盐的分解)， 固相反应法(化合物)，火花放电法(用金属 铝生产氢氧化铝)等
精选
16
6.2.2 喷雾法
• 定义：是指溶液通过各种物理手段进行雾 化获得超微粒子的一种化学与物理相结合 的方法。
• 特点：颗粒分布比较均匀，但颗粒尺寸为 亚微米到l0 um
• 分类：根据雾化和凝聚过程分为下述三种 方法：喷雾干燥法、雾化水解法、雾化焙 烧法
精选
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纳米材料合成
纳米材料合成纳米材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其在材料科学、化学、物理等领域具有广泛的应用价值。
纳米材料合成是指通过一系列化学、物理方法将原料转化为纳米级别的材料。
本文将介绍几种常见的纳米材料合成方法及其特点。
一、溶胶-凝胶法。
溶胶-凝胶法是一种常见的纳米材料合成方法。
其基本原理是将溶胶中的原料通过溶胶凝胶转化成凝胶，然后通过热处理或化学处理得到纳米材料。
该方法可以制备多种纳米材料，如二氧化硅、氧化铝等。
其优点是制备工艺简单，成本低廉，适用于大规模生产。
二、气相沉积法。
气相沉积法是一种通过气相反应合成纳米材料的方法。
其基本原理是将原料气体通过化学反应在基底表面沉积形成纳米材料。
该方法可以制备纳米碳管、纳米颗粒等材料，具有制备纯度高、晶粒尺寸可控等优点。
三、溶剂热法。
溶剂热法是一种利用有机溶剂在高温高压条件下合成纳米材料的方法。
其基本原理是将原料溶解在有机溶剂中，然后在高温高压条件下反应形成纳米材料。
该方法可以制备金属氧化物、金属硫化物等纳米材料，具有制备工艺简单、产率高等优点。
四、电化学法。
电化学法是一种利用电化学反应合成纳米材料的方法。
其基本原理是通过电极在电解液中进行氧化还原反应，从而在电极表面沉积形成纳米材料。
该方法可以制备金属纳米颗粒、纳米线等材料，具有制备工艺简单、对材料形貌有一定控制能力等优点。
五、机械合成法。
机械合成法是一种利用机械能将原料粉末在高能球磨机中进行反应合成纳米材料的方法。
其基本原理是通过高能球磨机的机械能作用使原料粉末在球磨过程中发生化学反应，从而形成纳米材料。
该方法可以制备金属、合金、陶瓷等纳米材料，具有制备工艺简单、对材料形貌有一定控制能力等优点。
总结。
纳米材料合成是一个复杂而多样化的过程，不同的合成方法适用于不同类型的纳米材料。
在实际应用中，需要根据具体的要求选择合适的合成方法，并结合实际情况进行调整和优化，以获得所需的纳米材料。
希望本文介绍的几种常见的纳米材料合成方法能够为相关研究和应用提供一定的参考和帮助。
电沉积法制备纳米氢氧化镍粉末
电解法制备纳米氢氧化镍前言电化学沉积法制备氧化物超级电容器电极，具有直接一步制成电极的优点，简化了电极制备过程。
同时，由电沉积方法制备的氧化物的比容量高，从这个角度来看该方法具有良好的应用前景。
用电沉积法制备纳米材料是目前纳米材料制备中最为活跃的一个领域，该方法是通过选用合适的电极材料，对电解液进行电解，调节电极电位、电流来控制反应的方向和速度，在电极上产生所需要的物质。
沉积的方法主要包括直流电沉积、脉冲电沉积、喷射电沉积和复合电沉积等方法。
在电沉积过程中，沉积层的形成包括两个过程：一是晶核的生成，二是晶核的成长。
如果晶核的生成速度大于晶核的成长速度，则可获得晶粒细小致密的沉积层。
电化学法合成纳米 Ni(OH)2和 NiO 具有成本低，操作简便，环境污染小，所得产物纯度高，分散性好等优点，近年来引起了人们的重视。
在外加电流的作用下，金属镍阳极氧化成 Ni2+，水分子在阴极上还原析氢产生 OH-，两者反应生成 Ni(OH)2沉淀。
根据电解液是否含水可分为水溶液法和非水溶液法。
水溶液法是利用恒流阴极极化和恒电位阳极电沉积法将 Ni(OH)2沉积到 Ni 32基体上，电化学沉积得到水合 Ni(OH)2，吸附水嵌入到 Ni(OH)2晶格中。
非水电解法是以纯金属镍板作阳极，惰性电极(石墨、铂、银)作阴极，醇作电解液，电解液及整个电解过程不能有水的存在，由于醇不导电，所以必须加入支持电解质，支持电解质可选用铵盐和季铵盐，采用直流电或整流交流电在醇沸点温度下加热电解。
纳米氢氧化镍材料的制备方法。
subbaiha等报道[25],在电沉积合成Ni(OH)2时,氢氧化镍的粒度随电流密度的增加而增大,但电流效率和堆积密度却随之减小,堆积密度随镍的原始浓度增加而增大。
文献报道[26],电流密度和温度对电化学沉积Ni(OH)2的表面形态和电化学活性也有影响。
而且用椭圆光度法现场监测氢氧化镍的电化学沉积过程,发现在特定的电流密度下可得到结构紧密和分布均匀的氢氧化镍薄膜[27]。
化学沉积法制备Ni-P纳米线与纳米管有序阵列
化学沉积法制备Ni ⁃P 纳米线与纳米管有序阵列任鑫黄新民∗张胡海(合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥230009)摘要以多孔氧化铝膜为模板,在室温下的酸性化学镀镍槽中通过化学沉积法生长出纳米线与纳米管有序阵列.分别用X 射线衍射仪(XRD)与透射电子显微镜(TEM)对纳米线、纳米管阵列进行表征.并通过对纳米线与纳米管的生长方式进行分析比较,系统地研究了多孔氧化铝模板的前处理对纳米阵列生长的影响.结果表明,生成的纳米线与纳米管均为非晶态的镍磷合金.室温下镍纳米管的生成主要取决于敏化、活化过程,而当纳米管的厚度达到一定程度后就不再随时间变化.关键词：纳米线阵列,纳米管阵列,化学沉积,多孔氧化铝模板中图分类号：O643Fabrication of Ni ⁃P Nanowire and Nanotube Ordered Arrays by Electroless DepositionREN,XinHUANG,Xin ⁃Min ∗ZHANG,Hu ⁃Hai(Department of Material Science and Engineering,Hefei University of Science and Technology,Hefei 230009,P.R.China)AbstractNi ⁃P nanowire arrays and nanotube arrays were fabricated by electroless deposition using porousaluminum oxide membrane as templates in acidic coating bath at room temperature.The images of Ni ⁃P nanowires and nanotubes are obtained by transmission electron microscope(TEM),respectively.X ⁃ray diffraction(XRD)and selected area electron diffraction(SAED)are employed to study the morphology and chemical composition of the nanowires and nanotubes.The influence of pretreatment of alumina template on the growth of nano ⁃arrays is studied by comparing the growing ways between nanowires and nanotubes.The results indicate that both Ni ⁃P nanowires and nanotubes are amorphous nickel phosphor alloy.The growth of nanowires and nanotubes mainly depends on sensitization and activation process at room ing sensitization and activation together as pretreatment will cause the formation of ing activation only as pretreatment will cause the formation of nanotubes.The thickness of nanotubes wouldn ′t rise with time when it reached a certain degree.Keywords :Nanowire arrays,Nanotube arrays,Electroless deposition,Porous alumina template物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2006,22(1)：102~105JanuaryReceived:May 16,2005;Revised:August 8,2005.∗Correspondent,E ⁃mail:xmhuang @;Tel:0551⁃2901371.ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica[Note]/whxb自Masuda 等人[1]成功制备出有序多孔氧化铝膜以来,用多孔氧化铝膜为模板进行合成组装纳米结构材料成为纳米材料领域中一大热点.多孔氧化铝膜具有孔洞有序平行排列、孔径可调、孔密度高等优点,以多孔氧化铝膜为模板已成功组装出聚合物[2⁃3]、半导体[4]、金属[5]及碳纳米管[6]等多种纳米阵列.模板法合成纳米阵列的方法主要有电化学沉积[7]、化学沉积[8⁃11]、化学聚合[12]、溶胶⁃凝胶法[13]及化学气相沉积法(CVD 法)[14]等.其中,化学沉积法的原理是通过在原本不具备催化活性的氧化铝模板的孔壁表102No.1黄新民等：化学沉积法制备Ni⁃P纳米线与纳米管有序阵列面,先沉积一层具有催化活性的金属层,然后将模板浸入化学镀液中,被还原的金属在孔壁上沉积形成了纳米管,通过控制浸泡时间来控制金属纳米管的内径尺寸,若时间足够长,最终会形成纳米线.化学沉积法看似简易可行,但到目前为止,用此方法在氧化铝模板上成功地合成纳米管的例子却鲜见报导.这主要是由于氧化铝模板孔壁上并不具备能将敏化剂离子连接在孔表面上的“分子锚”,使得活化后的催化活性粒子不能很好地附着在孔壁表面;另外,通常情况下,块状材料进行化学镀时的化学沉积速率相对于纳米级的模板孔洞来说明显太快,大多情况下只能得到纳米线,而通过调节浸泡时间来控制镍纳米管管壁厚度的操作手段在通常情况下并不十分现实.本文采用室温酸性条件下进行化学镀镍的方法,使得镍层在将钯活化中心完全包围后即停止生长.并通过改变模板化学镀的前处理方式,使纳米管的合成不再只受浸泡时间的限制.此方法突破了以往只能通过调节沉积时间来控制纳米管生长的制备方式,为Ni纳米管的批量制备提供了可能.1实验部分1.1多孔氧化铝模板的制备氧化铝模板的制备采用二步阳极氧化法[1].首先,将已退火后的铝(99.99%)片用丙酮除脂并用蒸馏水洗后,放入0.3mol·L-1草酸溶液中进行第一次阳极氧化,电压为40V,时间为6h.然后,在H3PO4(6%,w)+ H2CrO4(1.8%,w)的混合液中浸泡6h,用以去除第一步阳极氧化产生的氧化层中的无序化部分.第二步阳极氧化采用与第一步相同的工艺条件,氧化时间10h.两步阳极氧化后,可制得具有高度有序孔洞结构的氧化铝模板.1.2Ni⁃P纳米线阵列的组装将二次阳极氧化后的模板用19g·L-1的SnCl2与47.2g·L-1的HCl混合液进行敏化约2min,水洗之后用1g·L-1的PdCl2与11.8g·L-1的HCl混合液进行活化,活化时间约40s.将活化后的模板用蒸馏水充分清洗后,放入化学镀液中进行化学沉积,镀液组分为25g·L-1NiSO4·6H2O+30g·L-1NaH2PO2·H2O+ 15g·L-1CH3COONa·3H2O+15g·L-1Na3C6H5O7·2H2O+1mg·L-1(NH2)2CS+少量乳酸.化学沉积在室温下进行,大约持续1h.1.3Ni⁃P纳米管阵列的组装将二次阳极氧化后的模板不经敏化,直接用1 g·L-1的PdCl2与11.8g·L-1的HCl混合液进行活化约3min.然后用蒸馏水略微清洗后浸入化学镀液中进行沉积,镀液组分与纳米线组装时相同,温度为室温.1.4结构表征用浓度为150g·L-1的SnCl4溶液通过置换反应溶去氧化铝模板背面未氧化的铝层,分别对热处理前与400℃热处理1h后的组装纳米阵列用Dmax r/b X射线衍射仪进行物相分析;将组装体放入乙醇中,在研钵中研磨30min,均匀分散后,用带有碳膜的铜网捞取样品,在透射电子显微镜(TEM, HITACHI⁃800)下进行观察,同时对其进行选区电子衍射(SAED)分析.2结果与讨论化学沉积与电沉积的机理不同,因此模板孔洞中的纳米阵列生长方式也不一样.电沉积组装时, Ni⁃P纳米线生长于氧化铝膜背面蒸镀的金膜上,随沉积时间的延长纳米线长度逐渐增加,此种生长方式只能形成纳米线,若不对孔壁进行特殊处理则不能形成纳米管.化学沉积时,自身氧化还原反应首先在具有催化活性的Pd粒子表面进行.Ni2+被还原为单质形态沉积到Pd粒子表面.还原剂(NaH2PO2)则被氧化产生游离电子,这些游离电子可在催化表面还原溶液中的Ni2+,只要沉积出的金属层对于还原剂具有催化活性就可以不断地沉积出金属.而本实验采用室温下的化学镀工艺,当沉积出的金属Ni层完全将Pd表面覆盖后,由于Ni层的自催化能力在室温下不足以维持反应的继续进行,反应即中止.图1Ni⁃P纳米线组装体X射线衍射图Fig.1XRD patterns of Ni⁃P nanowire arrays(a)before heat treatment,(b)after heat treatment103Acta Phys.鄄Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao ),2006Vol.22图1为Ni ⁃P 纳米线组装体热处理前后的X 射线衍射图.由图1(a)可以看出沉积后的纳米线阵列为非晶态,热处理后(图1b)观察到Ni 与NiP 、Ni 2P 合金的衍射峰,说明组装的纳米线阵列成分为Ni 、P.纳米线的沉积反应如下SnCl 2+PdCl 2=SnCl 4+Pd (1)Ni 2++2e=Ni(2)H 2PO -2+2H ++e=P+2H 2O (3)H 2PO -2+3OH -=HPO 2-3+2H 2O+2e(4)当反应(1)完成后,反应(2)~(4)会在Pd 表面进行,当Pd 被完全覆盖后即停止.图2为Ni ⁃P 纳米线的TEM 照片.从图中可以看到纳米线的直径约为70nm,这是由氧化铝模板孔洞的孔径决定的,因此纳米线的直径可通过调节氧化铝膜的阳极氧化工艺来控制.从图2还可以看到纳米线中含有许多小颗粒,这说明氧化铝孔壁对敏化剂的吸附能力有限,敏化剂在孔中的吸附很不连续,部分敏化剂甚至在孔洞中直接水解成胶体粒子,造成随后形成的活化层亦不连续,最终沉积出包含有众多颗粒的纳米线.很明显,若按敏化后活化的方式沉积纳米管,Ni 会在孔壁与孔中的Pd 胶体粒子上同时沉积,导致形成的纳米管中会有很多颗粒,不能形成通管.图3为单根Ni ⁃P 纳米线的TEM 照片及其选区电子衍射花样(SAED,右上方插图),通过SAED 进一步证实形成的纳米线为非晶态.图4为Ni ⁃P 纳米管组装体热处理前后的X 射线衍射图.由图4(a)可以看出沉积后热处理前的纳米管阵列为非晶态;热处理后(图4b)可看到Ni(111)、(200)面与Ni 2P(210)、(310)面的衍射峰,说明纳米管阵列的成分亦为Ni 、P.纳米管的沉积反应如下H 2PO -2+3OH -=HPO 2-3+2H 2O+2e(4)Pd 2++2e=Pd,渍0Pd 2+/Pd =0.951V(5)图5多根Ni ⁃P 纳米管的TEM 照片Fig.5TEM image of Ni ⁃P nanotubeswithout sensitization,deposition time 45min图2多根Ni ⁃P 纳米线的TEM 照片Fig.2TEM image of Ni ⁃P nanowireswith sensitization,deposition time 30min图3单根Ni ⁃P 纳米线的TEM 照片与电子衍射花样Fig.3TEM image of single Ni ⁃P nanowire andits electron diffraction patternwith sensitization,deposition time 45mim图4Ni ⁃P 纳米管组装体X 射线衍射图Fig.4XRD patterns of Ni ⁃P nanotube arrays(a)before heat treatment,(b)after heat treatment104No.1黄新民等：化学沉积法制备Ni ⁃P 纳米线与纳米管有序阵列Ni 2++2e=Ni,φNi 2+/Ni=-0.25V (6)H 2PO -2+2H ++e=P+2H 2O(7)因为φ0Pd 2+/Pd >φ0Ni 2+/Ni ,所以Pd 2+首先被还原,即反应(4)、(5)首先发生.从热力学观点看,初生的新相均属小颗粒,比表面积较大,相应的表面吉布斯自由能较高,无疑此时在孔壁上形成新相要比在孔洞的溶液中成相时能量低,因此Pd 优先在孔壁沉积.随后在Pd 的催化作用下反应(2)、(3)开始,当Pd 表面完全被Ni 覆盖后,因温度为室温,Ni 层在室温下无足够能力维持沉积反应,反应即中止.图5为多根Ni ⁃P 纳米管的TEM 照片,沉积时间为45min.从图5可以看到,管壁厚度均匀,管外径尺寸约70nm,内径尺寸约64nm.在本实验中,化学沉积的开始阶段,管壁随时间延长逐渐增厚,当厚度达到一定值后就不再随时间变化,管壁厚度的最大值取决于前处理阶段的活化剂浓度.图6为将模板浸入镀镍溶液1.5h 形成的纳米管.可以看到,管壁厚度与图5相比并未改变.通过选区电子衍射(见图6右上方插图),证实单根纳米管亦为非晶态.3结论通过室温下在多孔氧化铝模板中进行化学沉积,成功组装出Ni ⁃P 纳米线与纳米管阵列.由XRD 、SAED 分析得知组装体均为非晶态.在室温与酸性化学镀液条件的限制下,只有Pd 对沉积反应具有足够的催化活性,而Ni 的催化活性不足以维持反应,故当Pd 层被完全覆盖后,沉积即中止.通过此种方法组装的Ni 纳米管,当厚度达到一定值后,将不再随时间变化.这种方法使得大规模制备孔壁厚度均匀,内、外径尺寸均一的Ni 纳米管成为可能.References1Masuda,H.;Fukuda,K.Science,1995,268:14462Martin,C.R.Adv.Mater.,1991,3:4573Martin,C.R.;Parthasarathy,R.V.Adv.Mater.,1995,7:4874Hiruma,K.;Yazawa,M.;Katsuyama,T.;Ogawa,K.;Haraguchi,K.;Koguchi,M.;Kakibayashi,H.J.Appl.Phys.,1995,77:4475Xue,K.H.;Pan,G.P.;Ming,H.P.;Lu,M.;Wang,G.H.Supperlattice Microst .,2003,33:1196Parthasarathy,R.V.;Phani,K.L.N.;Martin,C.R.Adv.Mater.,1995,7:8967Brumlik,C.J.;Menon,V.P.;Martin,C.R.J.Mater.Res.,1994,9:11748Menon,V.P.;Martin,C.R.Anal.Chem.,1995,67:19209Nishizawa,M.;Mewon,V.P.;Martin,C.R.Science,1995,268:70010Tsai,T.K.;Chao,C.G.Appl.Surf.Sci.,2004,233:18011Fu,Y.B.;Zhang,L.D.;Zheng,J.Y.Trans.Nonferrous Met.Soc.China,2004,14(2):15212Parthasarathy,R.V.;Martin,C.R.Chem.Mater.,1997,9:85713Lakshmi,B.B.;Dorhont,P.K.;Martin,C.R.Chem.Mater.,1994,6:162714Chen,G.S.;Zhang,L.D.;Zu ,Y.Appl.Phys.Lett.,1999,75:2455图6单根Ni ⁃P 纳米管的TEM 照片与电子衍射花样Fig.6TEM image of single Ni ⁃P nanotube and itselectron diffraction patternwithout sensitization,deposition time 1.5h105。
纳米金属材料的制备及特性分析
纳米金属材料的制备及特性分析随着科技的不断发展，人们对材料的研究趋向于微观层面，纳米材料就是其中一种重要的研究对象。
纳米材料指的是粒径在1-100纳米之间的材料，因其表面积大、形貌复杂以及量子尺寸效应等特性，在材料科学、电子信息、生物技术等领域具有广泛的应用前景。
而纳米金属材料则是其中研究较为广泛的一种材料，其制备方法和特性分析也备受关注。
一、纳米金属材料的制备方法目前纳米金属材料的制备较为常见的方法有化学还原法、再结晶法、水热法、溶液法等。
其中，溶液法又分为溶胶-凝胶法、溶剂热法、电化学沉积法等多种方法，下面分别进行介绍：1.化学还原法化学还原法是将金属离子还原成相应的金属纳米颗粒的方法，其原理是通过还原剂使金属离子发生还原反应并沉淀到溶液中，形成纳米颗粒。
其不同的还原剂、反应条件以及金属离子浓度等因素会影响纳米金属颗粒的尺寸和形貌。
这种方法制备的纳米金属颗粒较为简单，但有时会产生较多的表面修饰剂或胶体质子。
2.再结晶法再结晶法是通过控制温度和各个反应物浓度使其在系统中等离子体液滴崩解、成核、生长完成最终形成纳米颗粒的一种方法。
其优点是可以通过调整反应条件来合成不同尺寸和形状的金属纳米颗粒，但受到相变和聚集现象等影响，难以控制颗粒的单分散性。
3.水热法水热法利用水热反应条件下的水热合成，通过各个反应物的添加和反应条件的控制来形成纳米颗粒。
其优点在于可以利用水热反应条件下的优惠反应特性（高温、高压），形成均匀分散的纳米材料。
如利用此法合成的纳米银颗粒，具有较小的粒径，高度纯净和优异的抗菌性能。
4.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是通过控制化学反应的各项因素，在溶胶体系中形成胶状固体，并通过调整反应条件来制备纳米颗粒。
由于这种方法中载体常常是有机物或无机物，因此纳米颗粒常常具有较大比表面积和高度的孔隙结构。
5.溶剂热法通过控制反应系统中的溶剂和反应条件，形成较为均匀的纳米颗粒。
这种方法制备出的纳米颗粒，尺寸和形态较为稳定，而且优于传统的沉淀和化学还原法。
电化学应用ppt课件
电镀技术原理及应用领域
电镀技术原理
电镀是利用电解原理在某些金属表面 上镀上一薄层其它金属或合金的过程， 利用电解作用使金属或其它材料制件 的表面附着一层金属膜的工艺。
电镀技术应用领域
电镀技术广泛应用于机械制造、轻工、 电子等行业，如提高零件的耐磨性、 导电性、抗腐蚀性及增进美观等作用。
电化学沉积技术制备薄膜材料
应用
金属元素测定，有机物分析等。
库仑分析法
原理
通过测量电解过程中所消耗的电量进行定量 分析。
特点
准确度高，重现性好，但仪器价格较高。
分类
恒电流库仑法和恒电位库仑法。
应用
痕量物质测定，环境监测等。
伏安法与极谱法
原理
通过测量电解过程中电流-电压曲线 进行定量分析。
分类
线性扫描伏安法、循环伏安法、方波 伏安法等；经典极谱法和现代极谱法 （如示波极谱法）。
电化学合成纳米材料是利用电化学方法在 电极表面或溶液中合成纳米材料的过程， 通过控制电位、电流、温度等参数，可以 制备出不同形貌和尺寸的纳米材料。
VS
纳米材料制备方法
电化学合成纳米材料的方法包括模板法、 脉冲电沉积法、循环伏安法等，这些方法 具有操作简单、反应条件温和、易于控制 等优点。
其他新型电化学合成技术介绍
通过电场作用，驱动土壤中的污染物向电极移动并富集，实现土 壤修复的效果。
电热修复技术
利用电加热原理，提高土壤温度并促进污染物挥发或降解，达到 土壤修复的目的。
电化学淋洗技术
通过电化学反应产生的淋洗液对土壤进行淋洗，去除土壤中的污 染物并实现土壤修复。
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电解质
含有自由离子的导体，可以是固体、 液体或气体。
纳米材料的制备方法及其应用ppt课件
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（7）电阻加热法
图 电阻加热制备纳米微粒的实验装置图
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（6）电子束照射法
是利用高能电子束照射母材(一般为金属氧化 物如Al2O3 等)，表层的金属-氧(如Al-O键)被高 能电子“切断”，蒸发的金属原子通过瞬间 冷凝、成核、长大，最后形成纳米金属(如Al) 粉末。 ❖ 目前该方法仅限于获得纳米金属粉末。
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1、沉淀法
它是将沉淀剂（OH－、CO32－、SO42－等）加入到金 属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物过滤、干燥、 煅烧，就制得纳米级化合物粉末，是典型的液相法。 主要用于制备纳米级金属氧化物粉末。它又包括均相
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热蒸镀法制备的纳米Si粒子 在GaSb基板以自组成法制成的粒子
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纳米氧化锌的电化学制备与表征
纳米氧化锌的电化学制备与表征王靖昊 515111910055一、实验目的1、用电化学沉积法制备纳米氧化锌薄膜，掌握相关原理。
2、用XRD、紫外可见吸收光谱等分析手段对所制备的纳米ZnO进行表征。
3、对所得纳米ZnO进行染料降解测试。
二、实验原理1、纳米氧化锌ZnO是一种II、VI族宽禁带半导体化合物材料，最常见的结构主要有六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构。
其中，六角纤锌矿为热力学稳定的结构。
ZnO半导体具有良好的光电、压电、气敏性质，电化学稳定性高、价格低廉、毒性小、能阻截紫外光等优点，在透明导体、太阳能电池、光波导器件、微传感器等方面具有广泛的应用。
制备纳米ZnO的方法有很多，如金属有机化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法、脉冲激光沉积法、电化学沉积法等。
其中电化学沉积法实验条件要求低，可在低温下进行，操作简单，成本低，适合用于本次综合化学实验。
2、电化学沉积法电化学沉积法指电解含有所要生长元素的电解液，使所需固体物质在电极析出沉积的方法。
电化学沉积法分为阳极氧化法和阴极还原法，因对ZnO的制备，阴极还原法实际相对简单，本次采用阴极还原法。
在硝酸锌电解液中，阴极反应式为：总反应式为：从而在阴极得到纳米氧化锌材料3、染料降解研究当半导体光催化剂受到光子能量高于半导体禁带宽度的入射光照射时，位于半导体催化剂价带的电子就会受到激发进入导带，同时会在价带上形成对应的空穴，即产生光生电子-空穴对。
光生电子(e-)具有很强的氧化还原能力，它不仅可以将吸附在半导体颗粒表面的有机物活化氧化，还能使半导体表面的电子受体被还原。
而受激发产生的光生空穴(h+)则是良好的氧化剂，一般会通过与化学吸附水（H2O）或表面羟基（OH-）反应生成具有很强氧化能力的羟基自由基（·OH）。
研究表明羟基自由基几乎能够氧化所有有机物并使之矿化。
实验证明一般光催化反应都是在空气气氛中进行，其中一个主要原因就是空气中所含氧气的存在对光催化有促进作用，能加速反应的进行，从原理上分析普遍认为氧气的存在可以抑制光催化剂上电子与空穴的复合，同时它还可以与光生电子作用形成超氧离自由氧O2-，接着与H+生成HO2，最后再生成羟基自由基，因此成为了羟基自由基的另外一个重要来源。
电化学沉积制备一维ZnSe纳米材料
Ｖｏ１ ６ Ｎｏ ４ ．１ ．
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电化 学 沉 积 制 备 一 维 Ｚ Ｓ ｎ ｅ纳 米 材 料
曹胜 男 郭 志超 王 光灿
（ ．湖南 娄底 职业技 术学 院 ， １ 湖南 娄底 ， １５ ０ ４７０ ２ ．云南大 学 物理科 学技术 学 院 ， 云南 昆明 ，５ ０ １ ６０９ ）
（ ．Ｌ ｕ ｉ ｒｆｓｉ ａ Ｔ ｃ ｎｌｇ ｎｔｕｅ Ｌ ｕ ｉ １ ５０， ｈｎ １ ｏ ｄ ｏ ｓ ｎｌ ｅｈ ｏ ｙＩｓｔｔ，ｏ ｄ ７ ０ Ｃ ｉａ Ｐ ｅ ｏ ｏ ｉ ４
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电化学沉积方法制备纳米材料
6
Seminar I
过程介绍
原理
模板电化学合成法是选择具有纳米孔径的 多孔材料作为阴极，利用物质在阴极的电化 学还原反应使材料定向地进入纳米孔道中， 模板的孔壁将限制所合成材料的形状和尺寸， 从而得到一维纳米材料
B C Yin, H Y Ma, et al., Progress In Chemistry, 2004, 16, 196
电化学沉积方法制备纳米材料
10
Seminar I
过程介绍
一般的电化学工作站 都可以进行模板电化
学合成材料
Seminar I
IM6e electrochemica l workstation
电化学沉积方法制备纳米材料
11
应用举例(一)
聚碳酸脂膜作模板制备铜纳米线
a）重金属离子（Au197、Pb208）辐射膜 （30-40μm ） b）通过化学蚀刻得到具有纳米孔的模板 （30-200 nm）
电化学沉积方法制备纳米材料
9
Seminar I
过程介绍
影响因素
• 电流密度 增大，有利于纳米晶体的形成
• 有机添加剂 成核速率增大，晶粒生长速度变 小，使晶面光滑，结晶细致
• pH值 低，析氢快，提供更多成核中心，使 结晶细致，晶粒得到细化
• 温度 升高，沉积速度增加，晶粒生长速度增 加
陈国华，电化学方法应用，北京：化学工业出版社，2003
电化学沉积方法制备纳米材料
7
Seminar I
过程介绍
纳米孔道 模板材料
一般过程
暴露于 电解液
镀Au或Ag 膜作阴极
恒电压恒电流 电沉积
固定于导 电基底上
Seminar I
电化学沉积方法制备纳米材料
溶解模板，得到纳 米管或纳米线
8
过程介绍
特点
• 实验设备简单，能耗低，反应可较 低温度进行
• 可合成多种纳米材料 • 纳米材料粒径可调 • 可得单分散纳米结构材料 • 易于分离和收集
I 通电，双电层带电，电 流增大，Cu2＋迁移有浓度 梯度，形成扩散层，电流
降低
选择不同的时间得 到不同纵横比
II 铜沉积增长，电流几乎 不变
III 长出帽，使面积变大， 电流变大
IV 当铜在面上增长时， 电流增加变慢，当铜长 满整个面时，电流趋于定值
M. E. Toimil Molares, et al., Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. B, 2001, 185, 192
平均孔隙率 30％
工作电压：-0.45V
工作温度：60℃
X. M. Liu, et al., Appl. Phys. A, 2005, 81, 685
电化学沉积方法制备纳米材料
17
Seminar I
应用举例(二)
可由电流密度比得 出平均孔隙率30％
电化学沉积方法制备纳米材料18Seminar I
应用举例(二)
为什么会出现 这种现象呢？
pH 8.6
Seminar I
制备方法
物理方法： 溅射 球磨 蒸发等 化学方法 ： 气相沉淀 溶胶-凝胶 水热等
电化学方法
设备简单 操作方便 反应条件温和 粒径可控 纯度高 污染小
模板电化学
电化学沉积方法制备纳米材料
3
Seminar I
引言
1987年 Martin等人 电化学和模板合成方法结合 以聚碳酸脂滤膜为模板成功的制备了Pt纳米线阵列
Khan H R, Petrikowsk K., Mater. Sci. Engi.C, 2002, 19, 345 Nishizawa M, Menon V P, Martin C R, Science, 1995, 268, 700 Valizadeh S, et al.,Thin Solid Films, 2002, 402, 262 Klein J D, et al., Chem. Mater., 1993, 5, 902
以多孔氧金化纳铝米膜纤为维模
板制备的金纳米管
Martin C R. Chem. Mater.,1996, 8, 1739
Hulteen J. C., Martin C. R., J. Mater. Chem., 1997,1075
电化学沉积方法制备纳米材料
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引言
近几年来，模板电化学合成方法及其相 关的技术得到了迅猛发展，应用该方法已 经成功地制备了磁性材料、金属、合金、 半导体及导电聚合物等多种纳米结构材料。
SEMINAR I
模板电化学法合成纳米 材料的研究
学生 导师
史全 孙立贤 研究员 谭志诚 研究员
电化学沉积方法制备纳米材料
2005.10
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主要内容
• 引言 • 过程介绍 • 应用举例 • 展望
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
引言
美国材料科学学会预言：纳米材料是21世纪最有前途的材料
CHARLES R. MARTIN UNIVERSITY OF FLORIDA
Penner R M, Martin C R. Anal. Chem. , 1987, 59, 2625
电化学沉积方法制备纳米材料
4
Seminar I
引言
此后，他们又合成 了多种纳米材料
Seminar I
以多孔氧化铝膜为模板制备 以多孔氧化的铝纳膜米为聚模吡板咯制备的
电化学沉积方法制备纳米材料
13
Seminar I
应用举例(一)
III过程中溶解模板得到 纳米线帽
（a）纳米线帽－单晶 50℃ -50mV
（b）纳米线帽－多晶 室温 较高电压
电化学沉积方法制备纳米材料
14
Seminar I
应用举例(一)
II
（a）单晶－晶面轮廓
过 光滑，直径均一
程
溶
解
模
板
得
到
纳
米
线
c）镀一层金属膜作为阴极，锥形铜作 为阳极，置于电解液，沉积粒子于孔中
d）孔被沉积满，于孔外长出一帽
e）溶掉模板，得到铜纳米线
M. E. Toimil Molares, et al., Adv. Mater., 2001, 13, 62
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
应用举例(一)
（b）多晶－晶面轮 廓粗糙
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
应用举例(一)
纳米线帽
戴
帽
子
的
铜
纳
米
线 全
50℃ -45mV
貌
高分辩单 晶
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
应用举例(二)
氧化铝膜为模板制备纳米Cu2O
AM膜： 厚度 60μm 孔直径 100nm
电解液：0.4M CuSO4 3M 乳酸