ni納米孔洞模板的制備

1、第 3 7 卷 第 4 期 2 0 0 1年 7月 南 京 大學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 自然 科 學(xué) )J OURNALOFNAN J I NG UNI VER S I TY ( NAT UR ALS CI E NC ES )VoI _ 3 7。No． 4J u l y ， 2 0 0 1Ni 納 米 孔 洞模 板 的 制 備 于冬 亮 ． - ， 楊 紹 光 ， 朱 浩 ， 韓毓 旺 ， 都 有 為 ( 1 ． 南京 大學(xué) 物 理

2、系 ， 同體 微結(jié) 構(gòu) 國(guó)家 重 點(diǎn)實(shí) 驗(yàn) 室 ， 南 京 ． 2 1 0 0 9 32 ． 江 蘇教 育學(xué) 院物 理系 ， 南京 ． 2 1 0 0 1 3 )摘 要 ： 使 用 純度 為 9 9 ． 5％的鋁 片 ， 在 空 氣 中 5 0 0 ℃ 退 火 5h ， 利用 電化 學(xué) 陽(yáng)極 氧化 手段 將 鋁 片制備成具有納米級(jí)孔洞的氧化 鋁模板 ． 用氧化鋁模板作母板 ． 在高真空下把 甲基丙烯 酸 甲酯 ( MMA ) 注 人 到

3、模 板 的柱 形徽 孔 內(nèi)進(jìn) 行 熱 聚合 ， 制 得 聚 甲基 內(nèi)烯 酸 甲酯 ( P MMA) 納米 線 陣 列 復(fù) 合膜 ． 把 P MMA納米線陳 復(fù)舍 膜浸人 1 0 0g ／ L的 N a O H溶液 中． 去掉 氧化鋁模 板， 得 到 P M—MA納米 線 陳 列 膜 ． 利 用 化學(xué) 自動(dòng)催 化 方法 將 N i 沉 積 到 P MMA納 米 線 陣 列 上 ． 得 到 N i 納 米 孔 洞復(fù)合膜 ， 最后用丙酮將 P

4、 MMA溶解掉 ， 得到具有納米孔洞陣列 的金屬 N i 模板 ． 利用透射 電子 顯微 鏡 ( T E M) ， 電子 衍 射等 測(cè)試 手段 對(duì)所 制備 模 板 進(jìn) 行 了研 究 ． T E M 結(jié) 果 顯 示 N i 模 板 的 孔徑 約 為 4 5m ， 孔 心距 為 6 3n f n 左 右 ， 電子衍 射 結(jié)果 顯示 模 板是 多 晶材 料 ．關(guān)鍵 詞 ： 納米 孔洞 模 板 ． Ni ， 透射 電鏡 ， 電子 衍射 中圈分

5、 類 號(hào) ： 0 4 8 8當(dāng)物體 的尺度達(dá) 到納米量 級(jí) 時(shí) ， 表現(xiàn) 出既不 同于單個(gè) 原 子 的性 質(zhì) 又不 同于宏 觀 物體 的 性質(zhì) ， 這 些特別 的性質(zhì) 引起 了很多科 學(xué)家 的注意 ， 使納 米 材料 成 為 當(dāng)今物 理 學(xué) 、 化學(xué) 和材 料 科學(xué) 的研 究熱 點(diǎn) ． 粗 略地講 納米 材料包 括納米顆粒 和 納米孔 洞材 料 ．具 有直徑 2～1 0 0r 一 孔洞 的材料稱 為介孔 材料 ．現(xiàn)有 的介 孔材 料 一

6、般 為高 分子 模板 J 、 云母 模板 L 2和 氧化 鋁模 板 【．由于 氧化鋁模板 的制備 相對(duì)容易 ， 并且 可以根據(jù)需 要調(diào)節(jié)孔 心 間距 和孔 洞 的大 小 ．引起 了人們 濃 厚 的興趣 ． 在介 孔 材料 中填人 高分子 、 金 屬 、 半 金屬 等材 料進(jìn) 行納 米復(fù) 合 _ 6 J ．所得 納米復(fù)合 材料表 現(xiàn) 出了不 同尋常 的 電學(xué) 、 磁學(xué) 、 光學(xué)和 磁電阻 性質(zhì) ．由于氧 化鋁 模板 比較 脆 ． 機(jī)械性

7、能差 ， 在堿性溶 液 中的化學(xué) 穩(wěn)定性差 ， 使 它的應(yīng)用 受 到 了很 大 限制 ． 為 此 ． 我 們進(jìn)行 了金屬 模板 的制 備研 究 ， 制 成 了 N i 的金 屬模 板 ．由于金 屬 模板 有 大量 的納 米 級(jí)孔 洞 ， 具有 明顯不 同于大 塊材 料 的物理 、 化 學(xué)性質(zhì) ； 又 可 以 向微 孔 內(nèi)填 人其 它材料 ， 制 備 金屬 基納 米 復(fù)合 材料 ， 具有特 別 的應(yīng)用前 景 ．我們從 鋁片 ( 純度為 9

8、 95％) t i l 發(fā) ， 利用 陽(yáng)極 氧化制成具 有納米 孔洞 的氧化鋁 ( A b 。 3 )模板 ， 在 模板 的柱 形微孔 內(nèi)將 甲基 丙 烯 酸 甲酯 ( MMA)進(jìn) 行 熱 聚合 ， 制 備 出 聚 甲基 丙 烯 酸 甲酯 ( 珊 d A ) 納米 線 陣列 復(fù)合 膜 ， 去 掉 氧 化鋁 模 板 ， 并 利 用 化 學(xué) 自催化 方法 將 N i 沉 積到 P MMA納米線 陣列膜上 ， 再 將 P MMA溶解掉 ， 最

9、后 得到具 有納米 孔洞 陣列 的金 屬模板 ． 通 過(guò) T E M 和電子 衍射 等測(cè) 試手段對(duì)金 屬模板 進(jìn)行 了研究 ．稀 粵目 ( G 1 9 9 9 0 6 4 5 0 8 ) ， 江 蘇 自 然 科 學(xué) 基 金 ( 既2 0 7 )維普資訊 http://www.cqvip.com 第 4期 于 冬 亮等 ： N i 納 米 孔洞 模 板 g 、 N a H 2 P O 2 · H 2 O1 0N a 3 (

10、= 6 H 5 0 7 · 2 H ： O1 0 0． N I - h C 15 0g ) 在室 溫下用敏 化液 對(duì)樣 品進(jìn) 行敏化 處理 3mi n ， 用 清水 沖洗后 ， 再用活 化液對(duì)樣 品進(jìn) 行 活化 處 理 ．最后將 經(jīng) 過(guò) 敏化 、 活 化處 理 的 P MMA 納米 線陣列 膜浸 人 化學(xué) 鍍液 中 ， 通 過(guò)化 學(xué) 自催 化 作 用 ， 鍍 液 中析 出 的 Ni沉積 到 P MMA 納米線 陣列上 ， 制得

11、 Nj 納米 復(fù) 合膜 ．將復(fù) 合 膜上 的 n 用 丙 酮溶 解 掉 ，剩下 的就 是 Ni 納米孔 洞模板 1 ． 4 電鏡觀 察 為 了研 究所 制備 模板 的結(jié) 構(gòu) ， 我們 利用 T E M 對(duì)模 板 的形 貌進(jìn) 行 了觀察 ，并利用 電子衍 射技 術(shù)研究 了組成模板 的材料 的狀態(tài) ．2結(jié) 果討 論 圖 1 是 N{ 納米孔 洞模 板 的 T E M 照片 ， 由圖 1可 以看 出膜 面上 的微 孔排 列 基 本均 勻 、局

12、域有序 ， 平 均孔徑約為 4 5m ， 孔心距 約為 6 3n r l 1 ．從局 部 放大 的 T E M 圖上 可 以進(jìn) 一 步 發(fā)現(xiàn) ， 模板 的結(jié)構(gòu) 均勻 致密 ． 圖 2是樣 品的 電子衍 射 照片 ， 從 圖上 可 以清楚 地 看 到多 晶衍 射環(huán) ， 表 明沉 積的材料 是由多 晶組成 的 ．金 屬 N i 模 板上微 孔的排列 和大小是 由 A l 2 O 3 模 板所決定 的 A l 2模板上 微 孔 的分 布 由制

13、備 過(guò)程決定 ， 孔心 距的大小與 陽(yáng)極 氧化時(shí) 的電壓有關(guān) ， 電壓越 大孔心 間距 越 大 ． 孔 洞 的 長(zhǎng) 度與 陽(yáng)極 氧化的 時(shí)間有 關(guān) ， 時(shí)間越長(zhǎng)孔洞越 長(zhǎng) ， 但是 有 一個(gè) 極 限長(zhǎng)度 ， 當(dāng)洞 的 長(zhǎng)度 達(dá) 到這 一 個(gè) 長(zhǎng)度后 ， 無(wú) 論怎樣 增加 氧化 時(shí)間都不 能使孔 洞再 增長(zhǎng) 陽(yáng)極 氧化 形成 的微 孔 的直 徑是 可 以調(diào)節(jié) 的 ， 利用 腐蝕 液與 氧化 鋁的反應(yīng)使 微孔 的直徑 逐漸 擴(kuò) 大 ， 控

14、制腐蝕 時(shí) 間和 溫 度可 以控 制孔 徑 的大小 ． 在 Ni 的沉積過(guò) 程 中 ， 沉 積速度與溫度 和 p H值關(guān) 系密切 ， 仔 細(xì)調(diào)節(jié) 溫度 和 口 H值 可 以達(dá) 到控制 Ni 的沉積速度 ， 制備高 質(zhì)量 的 Ni 納米 孔 洞模板 ．N { 模 板 的厚 度是 由沉 積時(shí) 間來(lái)控 制 的 ， 在其沉 積厚 度超過(guò) P MMA納米 線 的長(zhǎng)度 以前 停 止沉 積 ， 才 可 以得 到 較 好的金屬孔洞 摸板 ． 過(guò) 長(zhǎng) 的

15、沉積 時(shí)間只能在模板上形成 一層金 屬 Ni 膜 ．Ni 納米孔洞模 板 的成功 制備 ， 為制備其 它金屬模板 提供 了一種 方法 ． 各 種金 屬 模板 的 研 制將成 為繼 高分子 模板 、 氧化物模 板之后 的又一 類新 型納米 孔 洞模板 ． 納 米復(fù) 合 材料是 納 米材料研究 中的一個(gè)熱 點(diǎn) ， 金屬 模板 是一項(xiàng)全新 的研究 ， 還有很多 工作有 待更 進(jìn) 一步深 八 的探討 ．參 考 文 獻(xiàn) [ 1 ] K r e s

16、 g e CT， L e o n o w l c z M E ， R o t hW J ，a ／ O r d e r e d me s o p or o u s m o l e c a l a r％ 1 t hz e db ya l i q —u l d — c r y s t a lt e mp l a t eme c h a r f i s m． N a t t m e ，1 9 9 2 ， 3 5 9( 2 2 ) ： 7 1

17、 0 -7 1 2[ 2 ] Wh i t n e yTM ， J i a n gJS ， S e , q l “ ~ O i lPC ，e ta ／ F a b r i c a t i o na n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so fa r r a y so fme t a l l i cn a n o wl r ~．S c i e n c e ，1 9 9 3 ， 2 6 1( 3 ) ：

18、13 l 6 ～ 13 1 9 ．[ 3 ] L a n z e r o l f iLJ ， B r o w nW L ， P o a t eJM， e ta 1 ． N u c l e a t i o na ndg r o w t ho fp o r o u sa n o d l c f i l mso i l a l t m ~ i n i —u r e a ． N a t u r e ， 1 9 7 8 ， 2 7 2( 3 0

19、) ： 4 3 3 -4 3 5[ 4 ]F t m a e a u xR C ， R i 曲y W R， D a v l d s o nAP ． T h e f o r ma t i c a a o f mn t r o l l e d —p o r o s i t y m e m b r a ne s f r o m a n o d l —c a l l yo x l d i z e d~ d u ml n l u m Na t

20、t i r e ，1 9 8 9 ，3 3 7( 1 2 ， ：l 4 7 ～ 1 4 9 ．[ 5 ] Ma s u d aH， S a t o hM F a b r i c a t i o no fg o l dn a n o d o ta r r a yu s i n ga r , o J J c1 3 o i o t l sa l u m f n aa sa ne v a p o r a t i o nn a ~ s k ． ．