富勒烯C60纳米纤维的磁场取向及其图案化

摘要

近年来,一维(one-dimensional,1D)碳素纳米材料在纳米科学技术领域中备受关注。1D碳素纳米材料具有特殊的光、电、磁、吸波、场发射等性质,在燃料电池电极、触媒、低维半导体、抗菌材料等领域有着潜在的应用价值。对于1D碳素纳米材料的应用而言,其图案化(patteming)和取向(orientation)是纳米电子器件组装中的关键技术,1D碳素纳米材料的取向一般是通过模板法或化学自组装法获得,而其图案化一般是通过刻蚀印刷等方式获得;操作比较繁琐,往往达不到1D碳素纳米材料取向的同时实现图案化的要求。因此,1D碳素纳米材料的取向和图案化成为微加工领域新的研究热点。
　　 一、富勒烯纳米纤维的磁场取向本论文通过液.液界面析出法(liquid-liquid inteffacical precipitation,LLIP)成功地制备了富勒C60烯纳米纤维。富勒烯纳米纤维是具有100-1000nm的外径和毫米级的长度,其长径比大于1000,面心立方单晶结构(Face centered cubic,fcc),简称FNFs(C60 fullerene nanofibers)。富勒烯C60纳米纤维包括中空结构的C60纳米管(C60 fullerene nanotubes,FNTs)和实心结构的C60纳米晶须(C60 fullerenenanowhiskers,FNWs)。首先利用超声波裁剪技术,将FNFs裁剪至均匀尺度;然后利用聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)高分子水溶液分散FNFs,得到一定粘度的FNFs/PVA悬浮液;接着将这些良好分散的FNFs滴加至洁净的玻璃基板或者硅基板上,同时外加一定的磁场;待溶剂挥发后便得到取向的FNFs/PVA复合薄膜。这种方法同样可以用于其它1D有机或无机纳米材料的取向,具有广泛的适用性。
　　 二、富勒烯纳米纤维的磁场图案化通常在梯度磁场中的粒子会受到磁场力的作用,而不同磁性粒子受到力的方向就有所不同。如果对外加磁场加以调制并形成图案,那么置身于该调制磁场(modulated magnetic field)中的粒子由于受到不同的磁场力,也便形成了图案。本论文通过将抗磁性的FNFs/PVA悬浮液滴加在条形调制磁场表面,首次实现了FNFs的条形图案化。FNFs形成图案可以通过对磁场的不同调制加以改变,增加了可控性。而且本研究在图案化的基础上还同时实现了FNFs的磁场取向。