二维和三维衬底上周期金属纳米线阵列的新型制备技术及物理性质表征

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近年来表面等离激元学、非易失性高密度磁存储器等的迅速发展,人们越来越关注通过简单易行、重复性好的方法制备大面积的周期金属徼纳结构。传统的电化学生长主要通过电化学振荡制备周期性结构。本文首创了一种不采用空间模板,而是通过时间上的周期信号制备具有空间周期结构的金属纳米线阵列。该实验方法不仅可以在平衬底上制备二维周期金属线阵列,而且可以在任意形状的租糙表面上进行紧贴衬底的周期金属纳米线阵列的生长。本论文提出的三维衬底上的纳米线阵列生长和电化学生长双层纳米线阵列的研究结果也属于首创,它可能为任意界面上金属微纳结构的生长提供全新的手段,有效避免了自组织生长中的随机性和常规微纳加工在设备、时间、成本上的局限性。  本论文的主要研究工作可慨括为下列四个方面:  1、在前期工作的基础上,首创了一种新的制备周期金属纳米线阵列的方法。跟传统的模板法不同,这种方法不需要空间模板,而是引入时间上的周期扰动信号,强制性地使电化学沉积速度产生周期性变化,从而生长出周期性的纳米线条阵列。而且这种纳米线条阵列的线宽、周期都可以通过调节外加驱动信号的振幅和周期来调节,线宽可以在55nm~235nm之间调节,周期可以在78nm~1.755μm之间调节。我们制备了磁性纳米线阵列,研究了这些纳米线阵列中磁畴的分布特征,以及在不同磁化状态下的磁畴的改变。  2、进一步研究表明,这种方法不仅可应用于平面衬底上大面积的周期纳米线阵列的生长,而且还可以在凹凸不平的3D衬底上制备紧贴衬底生长、随衬底的起伏变化的三维金属纳米线阵列。该实验技术为首创。该独特的制备方法为三维微纳金属结构的疸接低成本制备提供了独特的途径。  3、在此基础上,我们首次提出了多层金属纳米结构的生长技术。我们在单层纳米线阵列上覆盖二氧化硅作为隔离层,并在隔离层上生长于下一层金属线阵列成任意角度的第二层纳米线阵列。这两层纳米线的线宽、周期和取向均可独立调节。当电化学沉积的金属为磁性金属时,这种双层磁性金属结构在磁存储方面可能具有潜在的应用。前面的研究工作主要集中在金属钴的电化学沉积。但该技术是普适的,实验表明它也适用于若干合金体系,如NiFe、CoNi合金系统。  4、由于在光学领域,相比于其他金属,金属银具有优良的导电性质。我们发现周期性的外界驱动信号很难使银生长成周期性的纳米线,而是生长成一些具有一定准周期性的片状单晶银。我们进一步研究了周期性信号下生长的单晶银片在光波导、CL方面的性质。
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