利用LB(Langmuir-Blodgett)技术对零维、一维纳米材料进行组装排布的研究

摘要

随着元器件向微型化、智能化、以及高集成、高密度存储和超快传输等方向的发展，以零维和一维纳米材料为基础的新型量子器件的组装已经成为纳米研究领域的热点和前沿之一。但是其制备和应用的难度也是显而易见的，因为当物质的尺寸在纳米尺度内时，其表面原子数急剧增加，表面原子的巨大剩余成键能力使得纳米材料很不稳定。只有这种特殊纳米结构单元被有序、合理地组装成二维或三维纳米结构，才有可能进一步了解其特有的光学、电学、磁学等性能，最终在各种纳米器件领域中得到应用。 FePt纳米粒子作为具有潜力的可用于超高密度信息存储的介质材料，具有高的磁晶各向性能和矫顽力，研究FePt纳米粒子的组装与排布对超高密度磁记录具有重要的意义。另外，在纳电子器件的研究中，碳纳米管以其独特的物理化学性能成为纳米电子器件的研究热点，而碳纳米管的操纵排布是应用化的前提和基础。 本文采用液相化学合成法成功的制备了高度单分散、粒径单一性好的FePt纳米粒子，并利用LB技术对制备的FePt纳米粒子进行组装排布，制备了表面均匀、排列紧密有序的FePt纳米粒子单层膜。TEM和AFM研究表明FePt纳米粒子直径在8nm左右，且大小均匀，与HPPS纳米粒度仪的粒径测试的结果相一致；电子衍射图说明FePt纳米粒子形成面心立方（fcc）的结构。我们采用循环多次压缩的方法对纯水液面上的FePt纳米粒子进行压缩，结果表明采用压缩–回复–压缩的压缩法制备的单层膜与没有经过多次压缩的单层膜相比，具有更高的均匀性和致密性。通过对不同基底成膜质量的研究发现，在不同的基底表面成膜优劣具有比较大的差异，云母和亲水硅片成膜较差，而疏水硅片表面成膜质量最佳。 针对电弧放电法制备的单壁碳纳米管的特点，我们研究了五种不同方法对SWCNT的提纯效果，并最终得出了较好的提纯方案。为了便于LB技术对SWCNT的排布，我们在不破坏碳纳米管结构的前提下，采用PmPV对纳米碳管进行表面修饰，经PmPV修饰的SWCNT在二氯乙烷有机溶剂中具有良好的稳定性和分散性。采用SEM对制备的SWCNT单层膜的表面形貌进行研究，发现PmPV嫁接的SWCNT具有良好的分散性，碳纳米管没有出现团聚现象；SWCNT的排布具有一定的取向性，在局部集中且有序，但是具有一定的缺陷。