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一维金属超晶格纳米线在磁学、热电、光学、催化和生物等多个领域都有着重要的应用价值。本文以克服当前超晶格纳米线制备上存在的难题为首要任务,提出了一种普适的制备金属超晶格纳米线的方法,并在此基础上利用超晶格的特殊结构开展了一系列工作。工作内容概括如下:
1.搭建了一台程控自动电化学沉积设备,发展了一种简单、普适的制备高质量界面超晶格的方法:用交替电化学沉积技术在氧化铝模板中成功地制备了不同周期长度的磁性材料Ni/Cu、热电材料Bi/Sb、以及贵金属材料Ag/Ni超晶格纳米线。这种方法不受还原电位的限制,两种金属的沉积可以独立控制。
2.利用近似外延生长的Ni/Cu超晶格纳米线结构,分析了Ni和Cu两种成分的生长速率与生长取向的关系问题。结果表明同一个样品中不同生长取向的纳米线生长速率不同,且均遵从布拉维法则。
3.提出了一种简单的纳米结构调控技术。使用15wt％的NaOH溶液对Ni/Cu超晶格纳米线进行选择性刻蚀,得到了具有周期性裂口(gap)的一维Ni纳米线。通过调控纳米线的周期长度以及腐蚀时间可以控制产物的形貌。通过分析中间产物形貌及成分发现Cu被刻蚀的过程实际上是一个快速氧化过程。
4.制备了直径为20-80nm的In纳米线,对其尺寸依赖的熔化行为进行了研究。DSC测试结果表明晶体结构因素的影响应该考虑进去,以更好的解释尺寸依赖的熔化行为;另外对表面的晶面构造以及纳米线的尺寸范围对熔化的影响也进行了讨论。
5.制备了In/Fe超晶格纳米线,研究了直径为50nm的长度在150nm至750nm之间的不同长度In纳米线的熔化。实验结果表明随着纳米线长度的减小,熔化温度随尺寸变化的速率有所增加。这可能是由于随着纳米线长度的减小,纳米线的表面晶面构造发生了变化,以及随着纳米线长度的减小,曲率增加导致表面悬键增加所造成的。