氧化铝模板的制备及组装氧化锌纳米阵列的研究

摘要

多孔氧化铝膜由于其具有独特结构而被广泛用于各种纳米阵列结构材料的制备，而其本身在光学器件和薄膜发光器件中也具有广泛的应用前景。
　　 低维纳米材料，如纳米点，纳米管，纳米线，是未来纳米器件的基本单元，是各种纳米器件的基础。宽禁带直接带隙半导体ZnO，由于有化学稳定性好，成本低、外延生长温度很低、原材料资源丰富、价格便宜、对环境无毒无害等优势，使其在光电，光催化、红外、化工，气敏材料等领域具有很好的发展前景。
　　 本文论述了氧化铝模板及其在氧化锌纳米阵列合成上的应用。论文首先从介绍纳米材料入题，论述了纳米材料的发展历史与现状，基本性质和发展前景；·阐述了模板合成纳米材料的方法及注意事项。然后进入到氧化铝模板的研究阶段，在不同的工艺条件下制备了氧化铝模板，并对氧化铝模板的定量刻蚀作了初步研究。接着开始了合成了氧化锌纳米阵列的内容，以两种不同的方法合成了氧化锌纳米阵列结构。
　　 所得到的主要结果和结论如下：
　　 (1)以二次阳极氧化法制备了高度有序的AAO模板，探讨了影响氧化铝模板的各个因素，实验研究表明影响AAO模版的纳米孔形貌及有序性的因素主要有以下几点：铝片材质，退火温度，电解质类型，电解液浓度，氧化电压，氧化时间，电解温度等。研究了AAO模板的定量刻蚀，实验表明：用磷铬酸刻蚀剂刻蚀AAO模板可以达到预期效果，该方法并未破坏AAO模板的特殊结构，且通过控制刻蚀时间可以控制AAO模板刻蚀量的多少。
　　 (2)分别采用双直流电解法和溶胶凝胶法在氧化铝模板中成功合成了氧化锌纳米点。SEM结果表明AAO模板孔道呈六角形排布，孔道垂直无交叉，孔径为50 nm左右，在AAO模板内装入的ZnO为纳米颗粒。XRD结果表明AAO模板为非晶结构，孔内ZnO具有多晶纤锌矿结构。PL谱结果表明双直流电解法合成的ZnO/AAO组装体系在可见光范围内较空模板有所增强；溶胶凝胶法合成的ZnO/AAO组装体系表现出了很强的紫外发射。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 纳米材料简介

1.1.1 纳米材料的发展历史

1.1.2 纳米材料的基本特性

1.1.3 纳米材料的应用前景

1.2 纳米材料的厚膜模板合成法

1.2.1 模板的制备和分类

1.2.2 纳米结构的模板合成方法和技术要点

1.3 纳米材料的测试方法

1.3.1 X射线衍射分析(XRD)

1.3.2 原子力显微镜(AFM)

1.3.3 透射电子显微镜(TEM)

1.3.4 扫描电子显微镜(SEM)

1.3.5 光致发光(PL)光谱

1.3.6 显微拉曼光谱(Raman)

1.4 选题背景、研究意义及研究内容

1.4.1 选题背景及研究意义

1.4.2 研究内容

第二章 氧化铝模板的制备和刻蚀研究

2.1 氧化铝模板简介

2.2 氧化铝模板的制备

2.2.1 实验准备

2.2.2 氧化铝模板制备工艺

2.3 氧化铝模板成膜机理探讨

2.3.1 临界电流密度效应理论

2.3.2 体膨胀应力模型

2.4 氧化铝模板表征

2.4.1 AAO模板表面形态表征及其影响因素讨论

2.4.2 退火温度对AAO光致发光强度的影响及其发光机理的讨论

2.5 氧化铝模板的定量刻蚀研究

2.5.1 AAO刻蚀模板的形态表征

2.5.2 AAO刻蚀模板的定量分析

第三章 双直流电解法合成氧化锌纳米阵列

3.1 氧化锌简介

3.1.1 氧化锌材料研究进展及发展前景

3.1.2 氧化锌材料的基本性质

3.3 双直流电解法合成ZnO/AAO纳米阵列

3.3.1 实验准备

3.3.2 双直流电沉积ZnO/AAO纳米阵列

3.4 双直流电解法合成ZnO/AAO纳米阵列的表征

3.4.1 ZnO/AAO组装体系SEM图像形态表征

3.4.2 ZnO/AAO组装体系XRD晶体结构研究

3.4.3 ZnO/AAO组装体系光致发光研究

3.4.4 Zn(OH)2/ZnCO3的沉积机理探讨

第四章 溶胶凝胶法合成ZnO/AAO纳米阵列

4.1 溶胶凝胶法合成ZnO/AAO纳米阵列

4.1.1 溶胶凝胶法简介

4.1.2 溶胶凝胶法制备ZnO/AAO纳米阵列

4.2 ZnO/AAO组装体系表征

4.2.1 ZnO/AAO组装体系SEM图像分析

4.2.2 ZnO/AAO组装体系的XRD晶体结构分析

4.2.3 ZnO/AAO组装体系的光致发光研究

4.3 溶胶凝胶法制备氧化锌纳米粉末

4.3.1 氧化锌纳米粉末的制备

4.3.2 氧化锌粉末的形态表征

4.3.3 氧化锌粉末光致发光研究

4.3.4 ZnO/AAO组装体系的光致发光对比研究

第五章 结论

参考文献

在校期间论文发表情况

致谢