模板法制备Ti纳米螺旋管及温度的影响

摘要

随着纳米科技的不断发展和成熟，人们越来越希望在纳米尺度下按照自己的意愿去制造各种形态不同的材料。碳纳米线圈(CNC)由于其特殊的螺旋结构，一直是人们研究的重点。其中，可以利用碳纳米线圈做母体，对其进行填加、包敷和结构限制处理，可制备另一种一维纳米螺旋结构的材料。本文以碳纳米线圈的螺旋结构为外壳，镀上Ti金属（因为其光学性质比较突出），再将其碳结构去除，就会制备出这种金属材料的纳米级螺旋管。由于金属材料对光的复数折射，通过螺旋管的激光就会产生更加复杂的光学现象（如偏振现象）。这对于纳米级的光学研究是很有意义的，同时也为这种Ti纳米螺旋管作纳米级的光波导打下了夯实的基础。
　　其中碳结构的去除是最为关键的。文章选用的是高温氧化的方法，即在空气的环境下，将镀Ti的碳纳米线圈放入高温炉中进行升温氧化。但如何在保证高温处理后，螺旋结构的完整，金属Ti不被氧化以及确定碳元素完全被氧化，这是一组相互矛盾的问题。因此找到一个最佳的温度调控方案是本文的主要研究目的。
　　文章的第一章先介绍了一下课题研究的背景，主要是介绍了有关碳纳米管、碳纳米线圈、纳米光学、纳米光波导、金属等离子体波导和金属Ti的一些基本相关信息和知识，着重阐述了文章研究的重要意义。
　　文章的第二章通过碳纳米材料的热重曲线分析和样品Ti的拉曼光谱，分析得出了高温氧化的温度范围，并选择580℃作为后面实验的温度上限。而文章的前两章，主要是为后面高温氧化法制备Ti纳米螺旋管作实验前的准备。
　　文章的第三章主要是描述制备Ti纳米螺旋管的实验部分。先利用化学气相沉积(CVD)的方法在碳纳米线圈镀上120nm厚的Ti。再放入高温炉中，通过温度的调控（主要是升温速度和恒温加热时间），将样品进行氧化。之后利用Raman光谱检测其样品的碳氧化程度，利用SEM观测其结构是否完整。最后，通过这几组样品的Raman光谱和SEM图像的分析得出一个制备完美螺旋管的合适方案。
　　在文章的最后一章，作者在实验中发现一个非常有趣的现象，即升温速度越慢，Ti的氧化程度越小。作者对这种现象给出两种解释，并希望给后面的研究指出新的方向。

目录

声明

摘要

引言

1 碳纳米材料技术简介

1．1 碳纳米管简介

1．1．1 碳纳米管的结构

1．1．2 碳纳米管的合成

1．1．3 碳纳米管的应用

1．2 碳纳米线圈简介

1．2．1 碳纳米线圈的结构

1．2．2 碳纳米线圈的合成

1．2．3 碳纳米线圈的应用

1．3 纳米光学简介

1．4 纳米光波导简介

1．5 金属等离子体波导

1．6 金属Ti的物理化学性质

2 高温氧化温度的选取

2．1 碳纳米材料的热重分析

2．1．1 碳纳米材料的热重曲线

2．1．2 考虑碳氧化速度的温度选择下限

2．2 Ti氧化温度分析

2．2．1 不同温度下Ti的氧化程度

2．2．2 考虑Ti氧化程度的温度选择上限

2．3 实验温度的确定

3 温度对Ti纳米螺旋管形态的影响

3．1 实验步骤

3．2 实验结果分析与讨论

3．2．1 温度对碳氧化程度的分析

3．2．2 温度对螺旋结构影响的分析

3．3 结论

4 温度对Ti氧化程度的影响

4．1 实验数据

4．2 现像成因分析

5 制备单根Ti纳米螺旋管

5．1 样品制作过程

5．2 现象成因及改进方法

5．3 结论

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢