二维有序磁性Co纳米球阵列膜构筑及其光学性能研究

周期性纳米结构阵列因其独特的光学效应在新型传感技术领域具有巨大的应用潜力,引起人们极大的兴趣。其光学特性依赖于形貌和结构参数,一般可通过调整这些参数来调控其光学性能,而通过外加磁场调节其光学性能鲜有报道。通过气液自组装法制备胶体晶体模板,采用等离子体刻蚀技术实现了对胶体晶体模板结构尺寸的调控。在此基础上,结合磁控溅射技术合成了具有六角周期性排列的亚波长尺寸磁性Co纳米球阵列膜,并研究了其在结构参数和外磁场作用下的光学性质。通过紫外-可见-近红外光反射谱发现,随着刻蚀时间从0 min增加到4.5 min,在可见光波段,光反射峰波长从512 nm蓝移到430 nm,蓝移了82 nm,峰强从10.69%降低到7.96%,减弱了2.73%;在近红外光波段,光反射峰波长从1929 nm蓝移到1692 nm,蓝移了237 nm,峰强从10.92%降低到7.91%,减弱了3.01%。通过控制刻蚀的时间,可实现对Co纳米球阵列膜光反射峰峰位和峰强的有效调控。对未刻蚀和刻蚀的Co纳米球阵列膜施加一个垂直的外加磁场,在外磁场作用下,二者的光反射峰峰强均表现出不同程度的增强。随着外加磁场的逐增,未经刻蚀的Co纳米球阵列膜在近红外波段(1938 nm)的光反射峰峰强从10.81%(0 Oe)增加到16.56%(1100 Oe),增强了5.8%;而经等离子体刻蚀后的Co纳米球阵列膜的近红外反射峰(1921 nm),其峰强从8.45%(0 Oe)增加到16.74%(1000 Oe),增强了8.29%。结果表明,经等离子体刻蚀后的磁性Co纳米球阵列膜的反射光谱表现出更灵敏的外磁场响应。基于近红外光反射峰最大值与外磁场强度的关系,定性解释了外磁场对磁性Co纳米球阵列膜的光反射性能的影响:对于未刻蚀的样品,外磁场主要通过改变样品的磁有序,从而影响其复折射率进而影响其光反射性能;对于刻蚀后的样品,除了外磁场对样品的磁有序产生影响从而影响其光反射率外,还有诸如散射、衍射等其他物理机制相互竞争的影响。该研究为磁场动态调控材料的光反射性能提供了一种方法,也为新型光学器件的研究提供了模型。

表面修饰引发的ZnO纳米棒阵列膜的超疏水性

Well oriented ZnO nanorod array films were prepared by a low cost and low temperature hydrothermal approach. The wettability of the films were studied. The films treated with octadecanethiol(ODT) possess super hydrophobic properties. The static contact angle for water of the ODT modified films is 155.3°±2.3°, and the advancing and receding angles are 156.5°±1.9° and 150.3°±2.8°, respectively. It is believed that the super hydrophobic property of the ZnO nanorod array films is mainly caused by the nanostructures of the films and the modification of ODT adsorption layer on ZnO surfaces.

TiO_2纳米管阵列膜的制备及结构研究

描述了在含不同浓度NH4F的2%H2O(体积分数,下同)和乙二醇溶液中,在氧化钛片上获得管尺寸分布一致的TiO2纳米管阵列膜。在不同电压、不同NH4F浓度电解液的条件下,进行膜的管尺寸及厚度研究,利用SEM评价膜的形貌。结果显示,片状膜为平行纳米管阵列组成的膜,纳米管尺寸范围宽、尺寸分布一致。管尺寸在15～128nm,膜厚可达360μm。应用的电压越高管尺寸越大,电解液中NH4F浓度增加导致管尺寸稍微减小。还观测到,NH4F浓度的增加,导致片状膜的厚度显著增加。采用无水乙醇多次清洗膜,并迅速用脱脂棉吸附膜上的溶液,在鼓风干燥箱中100℃,热处理1h,可有效解决膜卷曲的问题。

用模板法制备TiO_2纳米线阵列膜及光催化性能的研究

用溶胶 -凝胶技术在多孔阳极氧化铝模板的有序微孔内制备了高度取向的 Ti O2 纳米线阵列膜光催化剂 .用 XRD,AFM和 SEM等手段对样品进行了表征 .结果表明 ,Ti O2 纳米线阵列膜晶型为锐钛矿 ,从AFM图像中可以看出 Ti O2 纳米线线径分布均匀一致 ,取向性极好 ,直径与 AAO模板的孔径大小一致 .以其对吖啶橙的降解效果作为评价光催化活性的标准 ,与相同条件下制备的 Ti O2 /玻璃膜相比 ,Ti O2 纳米线阵列膜具有很好的催化活性 .

溶剂散逸自组装法制备超疏水针垫阵列膜

利用溶剂散逸自组装方法,以聚苯乙烯、聚十二烷基丙烯酰胺-6-丙烯酰胺基己酸(CAP)和三氯甲烷为原料,在平滑的固体基质上制备了有序多孔膜,该膜上下表面可在外力作用下发生分离,得到具有微米级超疏水针垫阵列膜。结果表明,制得的聚苯乙烯膜具备超疏水性质,与水接触角达158°。

铝基体上定向碳纳米棒阵列膜的制备

采用两步阳极氧化法在铝基体上制备多孔阳极氧化铝(AAO)薄膜,然后在其上有序纳米孔中电化学沉积过渡金属Co作为催化剂,通过催化化学气相沉积(CCVD)法制备出高度有序的定向碳纳米棒阵列。利用场发射SEM、Raman光谱仪、XRD及高分辨率TEM等方法表征及分析定向碳纳米棒阵列膜的表面形貌和微观结构。实验结果表明:铝基体上AAO薄膜的孔洞为六边形蜂窝状结构且大小均匀,孔径约为85nm,孔洞密度为1.16×1010/cm2;制备出的定向碳纳米棒排列高度有序,直径与模板上的孔洞基本一致,且主要呈现非晶态结构。

电解质对TiO_2纳米管阵列膜光生阴极保护效应的影响

基于光电化学测试考察了光电解池中电解质(NaNO3,NaCl,Na2SO4,Na2S和NaOH)的种类和浓度对阳极氧化法制备的锐钛矿型TiO2膜电极光电性能的影响,并解释了其作用机理.结果表明,电解质捕获空穴的能力顺序为Na2S>NaOH>Na2SO4>NaCl>NaNO3.Na2S和NaOH在溶液中具有协同作用,当两者组成混合溶液并且浓度均为0.5 mol/L时,更有利于TiO2膜光生电子-空穴对的分离和光电转化性能的提高.当0.5 mol/L NaCl溶液中的403不锈钢(403SS)与0.5 mol/L Na2S+0.5 mol/L NaOH混合溶液中的TiO2膜电极耦连时,光照膜电极可使403SS的电极电位负移约650 mV,具有良好的光生阴极保护效应.当切断光源时,在该混合液中TiO2膜也能对403SS起到一定的阴极保护作用.

TiO_2纳米线阵列膜的制备及其光催化降解气相甲醛动力学

分别以阳极氧化铝、玻璃纤维布、玻璃作载体采用溶胶-凝胶法制备Ti O2纳米线阵列膜(Ti O2/AAO)与Ti O2/玻璃、Ti O2/玻布光催化剂,用XRD、电子探针和比表面仪进行表征,并对比其光催化不同浓度气相甲醛的降解活性.结果表明制备的Ti O2纳米线线径为26nm,线长1.2μm,与其他Ti O2载体相比,具有小密度、高比表面积,Ti O2/AAO光催化剂有较大反应速率常数及Langmuir吸附平衡常数,在UV下对低浓度气相甲醛有更多的活性吸附中心,这说明对低浓度气体,高比表面积催化剂有重要作用,它能更多地富集低浓度气体,提高光降解率.

多孔TiO_2/FTO纳米有序阵列膜的可控生长研究

用脉冲激光沉积(PLD)技术在导电玻璃(FTO)衬底上沉积Ti膜,采用电化学阳极氧化方法,细致研究了FTO衬底上多孔TiO2纳米有序阵列膜的可控生长.结果表明,恰当的阳极电压对形成高度有序、孔径均匀的多孔TiO2/FTO阵列膜至关重要;通过优化的工艺参数,借助阳极氧化过程中各阶段电流-时间(I-t)曲线的准确判断,可实现对多孔TiO2阵列膜生长过程的有效控制,制备出高质量的多孔TiO2/FTO阵列膜.

水热-模板剂法制备纳米La(S,C)-TiO_2阵列膜

以多孔陶粒为载体,采用低温水热-模板剂法制备复合掺杂的La(S,C)-TiO2阵列膜,研究水热反应温度、非离子型高分子模板剂用量和La、S复合掺杂的协同效应对纳米TiO2膜性能的影响,并通过XRD、BET、EDS和SEM等手段进行表征。结果表明:水热反应温度为150℃,反应时间控制在10h时可得到锐钛矿相的TiO2膜;模板剂P123用量为0.03(与Ti的摩尔比)时,可以将TiO2颗粒的比表面积从146m2/g提高到240m2/g,并形成有序排列的阵列膜;适量地复合掺杂La和S(C),可使TiO2膜的光催化活性大大提高,在3h内将甲基橙完全降解。

纳米阵列膜磁性质的蒙特卡罗模拟

计算机的模型数字模拟是进行新一代超高密度磁记录材料的研究和开发的重要手段。本文介绍了利用蒙特卡罗方法研究纳米阵列膜的磁性质的基本思想、目前取得的主要结果、面临的问题和可能的解决办法。

阳极氧化铝基体上非晶态碳纳米纤维阵列膜的微观组织及其摩擦性能

采用乙炔热分解法在多孔阳极氧化铝膜板上制备了定向生长的非晶态碳纳米纤维阵列膜,采用场发射扫描电子显微镜、激光Raman光谱仪和透射电子显微镜观察分析了阵列膜和非晶态碳纳米纤维的组织形态和微观结构,并采用原子力显微镜和环-块式摩擦磨损试验机考察了非晶态碳纳米纤维阵列膜的摩擦性能.结果表明:以经草酸溶液二次阳极氧化得到的有序多孔氧化铝薄膜作为模板,通过化学催化气相沉积可以获得分布均匀的非晶态碳纳米纤维阵列,这种定向非晶态碳纳米纤维阵列构成的表面膜摩擦力均匀,具有优良的自润滑作用.

双通TiO2纳米管阵列膜制备及应用研究

双通TiO_2纳米管阵列膜的成功制备可有效提高TiO_2纳米管阵列膜的光催化活性,同时还可扩展其在太阳能电池、气体敏感器等方面的应用,具有很强的实际意义。在大量文献调研的基础上,综述了双通TiO_2纳米管阵列膜的阳极氧化制备方法及其在催化与制氢、氢敏特性、分子过滤等方面的应用进展,并侧重讨论了双通TiO_2纳米管阵列膜的分离机制。最后,对双通TiO_2纳米管阵列膜的后续发展方向和应用前景进行了展望。

AAO模板上定向碳纳米棒阵列膜的摩擦学性能

采用两步阳极氧化法在铝基体上制备多孔阳极氧化铝(AAO)模板,然后在其上有序纳米孔中电化学沉积过渡金属Co作为催化剂,通过催化化学气相沉积法(CCVD法)制备出有序、均匀的定向碳纳米棒阵列膜;采用激光Raman光谱仪及场发射扫描电镜(SEM)等方法分析定向碳纳米棒阵列膜的微观结构,并探讨空气中AAO模板上定向碳纳米棒阵列膜的摩擦系数随滑动圈数变化的曲线及其磨损表面。实验结果表明:AAO模板上定向碳纳米棒阵列膜具有较小的摩擦系数和较强的耐磨能力,并且在整个摩擦磨损试验过程中存在着摩擦系数平稳、摩擦系数开始增大、摩擦系数激烈波动以及完全磨损4个临界状态,当处于摩擦系数平稳状态时,其磨损表面光滑。

Ni^(2+)掺杂氧化锌阵列膜的水热合成及性能表征

采用低温水热法制备了Ni2+掺杂的ZnO阵列膜,研究了Ni2+掺杂对样品形貌、晶相结构和光谱特性的影响,并对可能的影响机理进行探讨。结果表明:Ni2+浓度增加不会改变ZnO的纤锌矿结构,但在一定程度上可以起到控制其形貌及均匀度的作用。Ni2+掺杂量x≤0.007 mol/L时,有助于ZnO纳米棒沿c轴方向生长,提高结晶度,但ZnO的生长机理保持不变。Ni2+掺杂量较多时(x>0.007 mol/L),ZnO纳米棒的生长习性发生变化,其六方结构被破坏,水热膜由垂直于基片表面排列的纳米棒阵列转变为由结构不规则的多边形晶粒组成的密堆积排列。由于Ni2+固溶入ZnO晶格产生晶格畸变,引起薄膜内应力以及载流子浓度的变化,使得ZnO拉曼光谱的特征峰出现明显的降低和移动。光致发光谱表明,Ni2+掺杂使ZnO纳米棒的紫外发光峰强度IUV与绿光发光峰强度IGR之比值IUV/IGR增大。

多孔钛板表面TiO_2纳米管阵列膜的制备及表征

利用四辊卧式粉末轧机制备多孔钛板,并通过阳极氧化工艺在轧制多孔钛板上制备TiO_2纳米管阵列膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对TiO_2纳米管阵列膜的形貌和物相进行表征,并对TiO_2纳米管阵列膜的热稳定性和生物相容性进行了研究。结果表明,多孔钛板上初步制备的TiO_2纳米管阵列膜为无定形相结构,在不同温度下可转化为锐钛矿型、金红石型或锐钛矿与金红石型的混合物;细胞培养实验表明,经阳极氧化及450℃退火处理后,粉末轧制多孔钛板表面细胞的黏附量比未经处理的多,且细胞发育良好。

不同氧空位浓度的TiO_2纳米管阵列膜表面润湿特性研究

采用阳极氧化法在钛基底上生长了Ti O2纳米管阵列膜,经不同温度、不同气氛中退火处理后,形成氧空位浓度不同的欠氧态Ti O2纳米管阵列膜。实验结果表明,随着退火温度的增加所有样品的接触角均逐渐减小,最后均呈现超亲水状态(接触角趋近于0°),但在氩气中退火处理的样品其接触角减小明显滞后于其他样品;再将这些样品在黑暗环境中放置100天后,发现其接触角均有所增大,并且仍是氩气中处理的样品接触角变化最大,达到疏水状态(接触角大于90°)。经模拟太阳光照射3 h后,这些样品表面又基本恢复到放置前的超亲水状态。重复上述实验发现这种润湿性转变是可逆的。深入的分析表征发现,不同气氛中退火处理的样品虽然表面形貌结构差异不大,但其结晶性和引入的氧空位浓度却有明显不同。因此,欠氧态Ti O2纳米管阵列膜的表面润湿性是由样品的结晶性和氧空位的浓度共同决定的,尤其氧空位的存在对其表面润湿性的影响须引起该领域研究者的重视。

Ni掺杂ZnO纳米棒阵列膜的增强紫外光电响应

研究以醋酸镍为Ni源,通过水热方法合成不同浓度Ni掺杂的ZnO纳米棒阵列膜,采用XRD、PL以及XPS等测试方法对掺杂的ZnO纳米棒阵列膜进行结构表征,通过自制的光电性能平台进行光电导性能的测试。研究结果表明,Ni的掺杂改变了ZnO晶格常数的大小。掺杂后的ZnO纳米棒阵列膜的光响应度很高,其中醋酸镍浓度为0.05 mol/L的ZnO纳米棒阵列膜的光响应度最高,可以达到3 112.1,是纯ZnO纳米棒阵列膜的光响应度的38倍。Ni的掺杂使得ZnO纳米棒的耗尽层宽度拓宽,降低了暗电导,从而使得光响应度增大。

Ag纳米颗粒对ZnO纳米棒阵列膜的光电响应和持续光电导的调控

通过两步法合成了表面修饰Ag纳米颗粒的ZnO纳米棒阵列膜,并检测了该纳米棒阵列膜在波长为365 nm的紫外光照下的时域光电流曲线。与纯ZnO纳米棒阵列膜相比,Ag纳米颗粒修饰后ZnO纳米棒阵列膜在光电响应阶段有更大的响应值,最大达到7 490,约为纯ZnO纳米棒阵列膜响应值的50倍。而且,Ag纳米颗粒对ZnO纳米棒阵列膜弛豫阶段呈现的持续光电导(PPC)效应有很好的调控作用。相同恢复时间内,纯ZnO纳米棒阵列膜光电流恢复效率为25%,Ag纳米颗粒修饰后达到87%。Ag浓度越大,持续光电导(PPC)效应越不明显,这个现象使得通过简单改变表面Ag纳米颗粒的浓度来调控ZnO纳米棒阵列膜的PPC效应成为可能。

TiO_2纳米管阵列膜制备及用于光催化氧化深度处理造纸废水

采用电化学阳极氧化法在纯钛板表面制备了高度有序的TiO_2纳米管阵列膜(TANs)。考察了氧化电压、氧化时间和电解液含水量等参数对TANs形貌的影响,采用SEM和XRD对TANs形貌和晶型进行表征。通过模拟浅池反应器,研究絮凝-光催化氧化深度处理造纸废水的效果,分析不同纳米管长度对造纸废水CODCr去除效果的影响。结果表明:在一定范围内,TiO_2纳米管形貌参数(管径、管长)与氧化电压和氧化时间呈线性关系;经450℃焙烧2 h后的TNAs晶型完全为锐钛矿型;生化后的造纸废水经聚铝(PAC)絮凝预处理,用制备的TANs光催化降解CODCr去除率为53.0%,CODCr降至40 mg/L。另外,研究结果表明:当TNAs管长接近光线渗透深度时,会表现出最好的光催化效果,在该研究中TNAs管长为1500 nm时光催化氧化深度处理造纸废水的效果最好。