姚陆军[1]2011年在《金属氧化物及硫化物纳米结构的可控制备、表征与性能研究》文中指出纳米尺度基元的微结构设计、改性等形成了当今纳米材料研究的热门前沿课题，人们可以根据纳米尺度效应有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及对传统材料的微纳结构表面改性正孕育着新的突破。本论文选择典型的金属氧化物(Al_2O_3、ZnO)与金属硫化物(ZnS)作为研究对象，探讨了其制备工艺的选择、实验过程调控及其生长机理，以实现不同结构形貌的可控制备。基于材料本征属性与形貌特点分别系统地研究了它们相对应的感湿功能、场发射特性以及润湿性行为，尤其是超疏水表面的仿生构建等。主要研究内容和创新点分为如下几部分：(一)基于高场制备的磷酸多孔阳极氧化铝膜的高性能湿度传感器。采用电化学高场(195V)阳极氧化法，在H_3PO_4-H_2O-C_2H_5OH电解液中制备了多孔氧化铝膜，并对制备获得的多孔氧化铝膜放入40oC的5%磷酸溶液里分别进行15min、30min及40min时间的各向同性化学刻蚀，从而得到不同微纳孔结构模型和孔壁表面阴离子杂质的浓度分布。首次实现了基于磷酸高场多孔氧化铝膜的湿度传感器的制备与感湿性能研究。通过湿敏电容特征量的测试发现，选择合适各向同性刻蚀时间的多孔氧化铝膜作为感湿基元在一定程度上提高传感器低湿区的灵敏性，且这种高场磷酸电解液中制备的多孔氧化铝膜具有高度有序的大孔道，大大缩短了水分子的吸附或脱附过程的时间即响应/回复时间，在一定湿度区域内的灵敏度得到大大提高。此工作为获得高性能多孔氧化铝湿度传感器提供了一种有效快捷的方法。(二)不同阳极氧化铝形貌的可控生长与润湿性研究。本工作利用高场(120V)阳极氧化法，通过调控阳极氧化参数，在C_2H_2O_4-H_2O-C_2H_5OH电解液中可控制备得到不同结构形貌的阳极氧化铝，并研究了高场阳极氧化反应热的驱动溶解、草酸电解液浓度在孔道纵向的梯度分布兼各向异性的化学刻蚀模型等对氧化铝各种形貌形成的影响与决定因素。对不同阳极氧化铝形貌的表面水滴接触角测试发现，界面接触从多孔结构的氧化铝表面与水滴之间的Wenzel接触模式逐渐转变为纳米线金字塔形貌的阳极氧化铝表面与水滴之间的Cassie接触模式。并第一次实现了在未加低表面能物质修饰下的超疏水自清洁兼超亲油特性的氧化铝纳米线金字塔微纳结构薄膜，此功能性薄膜有可能运用于油水分离、防污、自清洁等领域。(三)不同结构参数的ZnO纳米线阵列的润湿性与场发射性能。此研究中，我们利用化学气相沉积法，首次以ZnS粉和石墨粉为反应源，通过改变沉积硅衬底位置和Au催化剂薄膜厚度控制三种不同结构参数的ZnO纳米线阵列的生长，并研究了其润湿性和场发射性能。研究结果证实了场发射特性、润湿性和ZnO纳米结构形貌的密切关联性。其中，小直径兼大长径比的纳米线阵列显示出更优异的场发射性能，如低开启电压(E_(to)=4.1V/μm)和高场增强因子(β=1475.8)。研究表明ZnO纳米线阵列薄膜表面的接触角度数与其空隙比的大小成正比。(四)二维ZnO纳米片阵列的抗酸碱超疏水表面的控制生长及其光电诱导下的润湿性转变机理研究。利用低温水热法(90oC)在铝基体上大面积制备了二维ZnO纳米片阵列，并研究了其详细的动态生长过程及生长机理。通过对ZnO纳米片阵列薄膜进行低表面能物质(硬脂酸,SA)的化学修饰，实现了其超亲水性到超疏水性的润湿性转变。这种超疏水ZnO纳米片阵列的薄膜表面具有较大pH值(2.3~12.1)范围内的抗酸抗碱性。此外，我们又研究了紫外光照诱导下润湿性的转变行为及微观机制，分析了表面修饰的硬脂酸单分子层在紫外光照诱导下发生的物理化学变化。(五)新型ZnS枝状分级结构的制备、生长机理、超疏水性以及在电场调控下的润湿性转变规律。超疏水表面的制备及机理研究方面非常广泛，但多数只是聚集于氧化物体系与低表面能有机材料体系上。如何去扩充研究体系，以及扩充到高能表面材料是一个值得关注的问题。作为典型的Ⅱ-Ⅵ族宽能隙半导体材料，ZnS具有优良的光催化特性、电学性能、以及发光性能等，但关于润湿性行为却很少报道。此工作中，我们利用化学气相沉积法制备得到一种枝状分级的硫化锌微纳结构，阐述了材料的生长机理，并实现了本征非常亲水的硫化锌的超疏水自清洁表面。这将有益于进一步研究与实现类似超亲水材料的超疏水特性。
陈东[2]2007年在《阳极氧化铝模板的定量蚀刻及在金属纳米线阵列制备中的应用》文中提出一维纳米材料，包括纳米线、纳米管等，因具有许多独特的光学、电学、磁学、化学等方面的性能，而成为近年来纳米材料领域的研究热点之一。本学位论文紧跟国际前沿，在大量检索、整理、综合分析文献的基础上，以孔径为200nm的阳极氧化铝(Anodic Aluminum Oxide，AAO)膜为模板、采用电化学方法制备了具有不同长径比的金属纳米线；对阳极氧化铝模板的定量化蚀刻进行了研究，得到了阵列化的纳米线结构；对小孔径聚合物纳米管的制备进行了尝试。本论文的主要研究内容包括以下几个方面：一、氧化铝模板的定量化蚀刻实现纳米结构的可控制备，是纳米材料应用的重要前提，将电沉积技术与氧化铝模板的定量蚀刻相结合可以很好的解决这一问题。采用多孔阳极氧化铝(AAO)作为模板，运用电化学沉积法在模板的微孔中组装金属Ni纳米线，然后用相对温和、具有良好可控性的磷铬酸蚀刻表层AAO模板，暴露出规整有序、具有可控长度的Ni纳米线阵列。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对蚀刻的模板以及所制备的金属纳米线的亚微观形貌进行了表征。研究了蚀刻时间与AAO模板质量的减少及暴露出来的Ni纳米线阵列长度之间的关系。结果表明，磷铬酸是较NaOH溶液更为温和有效的AAO模板蚀刻剂，通过控制模板溶解时间，可以实现对裸露于AAO模板外纳米线长度的精细有效控制。该蚀刻方法普遍适用于以AAO为模板所制得的准一维纳米阵列结构。二、金属纳米线用电化学模板法制备了金属Cu、Ag、Ru纳米线，并用SEM、TEM、选区电子衍射(SAED)等手段对其微观形貌、晶体结构进行了表征，结果表明电化学模板法在制备金属纳米线方面具有广泛、普遍适应的特点。(1)采用恒电势沉积的方法，以溅射金导电基底的阳极氧化铝为模板成功制备了Cu、Ru纳米线。所制备的Cu、Ru纳米线粗细均匀，直径约为200nm，与所用模板孔径一致。SAED表明所得Cu、Ru纳米线具有多晶结构。(2)以AAO作为模板，利用直流电沉积法，在AAO模板孔洞中成功组装了Ag纳米线阵列。SEM、TEM分析表明，Ag纳米线的长度分布十分均匀，其长度随着沉积时间的延长而线性增长，生长速度约为5μm／h。Ag纳米线粗细均匀，直径约为200nm。SAED分析表明，所得Ag纳米线具有多晶结构。(3)对金属纳米线的生长机理进行了初步探讨，对电解液在纳米阵列电极中的扩散形式、电极反应速率进行了研究。三、聚合物纳米管选用自制的80nm孔径的多孔阳极氧化铝作为模板，运用聚合物溶液抽滤法和自然浸润法，选用常规分子量的通用聚合物聚苯乙烯(PS)，尝试制备聚合物纳米管状结构，并用SEM对其微观结构进行了表征。结果表明：采用80nm孔径的氧化铝模板，使用抽滤法和自然浸润法所制备出的均为聚合物纳米线状结构(采用自然浸润法可以得到大面积的纳米线阵列)，而得不到我们所希望的中空管状结构。由此推测，当聚合物溶液滴加量适量并且恒定时，存在着一个临界模板孔径值。
吕辉[3]2015年在《基于多孔软磁薄膜的微型磁通门低功耗技术研究》文中研究表明磁通门传感器作为一种综合性能优良的磁测量器件,近年来在地磁研究、石油测井、空间磁场探测、航空航天、微型卫星、生物医学、电流测量等诸多领域得到了广泛的应用。然而受自身结构和工作原理的限制,磁通门的体积和功耗偏大。采用微加工工艺制备的微型磁通门虽然成功缩减了器件的尺寸,但功耗未能随之显著降低,反而由于工作产生的热量集中于小区域内而导致散热性差,对传感器的热稳定性造成威胁,使微型磁通门对降低功耗的需求更加迫切。另外,因微加工工艺的引入,磁通门的性能明显下降,灵敏度偏低而噪声过大。这些都是磁通门微型化过程中需要解决的关键技术问题。本文在分析现有微型磁通门的基础上,从结构优化和铁芯性能提升两方面着手,提出了基于微米级多孔铁芯结构的微型磁通门低功耗方法和纳米级多孔软磁薄膜的制备方法,对相关问题进行了深入研究。本论文的主要创新性研究成果如下:(1)提出了一种基于微米级多孔铁芯结构的微型磁通门低功耗方法。现有的缩比铁芯结构微型磁通门能够通过降低激励电流来减小功耗,但同时会增大薄膜铁芯的漏磁,使降低功耗的效果不够明显。本文提出了一种基于微米级多孔铁芯结构的微型磁通门低功耗方法,采用多孔铁芯结构能够降低漏磁并且增加激励线圈内铁芯的有效横截面积。由于孔的拓扑结构会影响多孔铁芯的磁性能,本文通过研究孔的形状、大小和分布等拓扑因素对多孔铁芯性能的影响以及对降低磁通门功耗的贡献,进行了多孔铁芯的拓扑结构优化,并在铁芯制备过程中控制孔的拓扑参数,获得符合要求的多孔铁芯微型磁通门。对制作的器件进行测试,结果显示,多孔铁芯采用六角形孔、5:1缩小比例和阵列式分布的拓扑结构,符合微型磁通门的低功耗要求,同时还兼顾了灵敏度和MEMS工艺的良品率。多孔铁芯微型磁通门的整体性能优于同样工艺条件下制备的缩比铁芯微型磁通门,多孔铁芯微型磁通门相比缩比铁芯微型磁通门,灵敏度提高了13%,功耗降低了40.4%。(2)提出了一种基于结构参数的微米级多孔铁芯微型磁通门最佳激励电流估算方法。最佳激励电流是决定磁通门功耗的重要指标,在微型磁通门的低功耗优化中,可以通过改变结构参数来降低最佳激励电流,减小功耗。分析不同结构参数的微米级多孔铁芯微型磁通门,如果全部采用有限元方法,需要针对不同的参数分别进行建模仿真,占用资源多,计算时间长。本文对多孔铁芯微型磁通门进行一定的有限元分析,通过对数据的拟合计算,提出了基于结构参数的最佳激励电流估算方法。该方法可用于各种多孔铁芯微型磁通门的最佳激励电流快速估算,能够节约大量的时间和资源,缩短优化过程。(3)提出了一种适用于制作纳米级多孔软磁薄膜的硅基氧化铝模板的制备方法。现有的氧化铝模板受机械强度和平整度的限制,无法用于纳米级多孔软磁薄膜的制作。本文提出了一种基于二次阳极化的硅基氧化铝模板制备方法,对得到的氧化铝薄膜进行微观结构表征与厚度测量,结果表明,薄膜具有纳米多孔结构,其孔径大小和孔隙率满足模板的要求,而且薄膜的厚度可控。在氧化铝模板的制备过程中,孔径大小和孔隙率可以通过改变制备条件加以调整,以适用于多种微结构加工。完成的硅基氧化铝模板可以用来制作纳米级多孔软磁薄膜,模板的制备过程与现有微加工工艺兼容。(4)提出了一种适合用作低功耗微型磁通门铁芯的纳米级多孔软磁薄膜的制备方法。受微加工工艺的影响,微型磁通门软磁薄膜铁芯的性能亟待提高,本文从改善铁芯微观结构出发,在兼容微加工工艺的前提下,提出了一种采用硅基多孔氧化铝模板,通过二步复制得到纳米级多孔软磁薄膜铁芯的制备方法。薄膜中的纳米孔道结构使晶粒分布均匀,磁晶各向异性降低,材料异常损失减少,同时纳米孔的存在能充分释放薄膜中的附加应力。对制备的软磁薄膜进行测试,结果显示,软磁薄膜的矫顽力和饱和磁场强度得到有效降低,磁化性能明显改善。以纳米级多孔软磁薄膜作为磁通门铁芯,能够减小最佳激励电流,降低功耗,满足微型磁通门提高性能的要求。本文结合国家自然科学基金课题“微型磁通门的低功耗技术研究(No.60874101)”和教育部高等学校博士学科点专项科研基金课题“基于多孔软磁薄膜的微型磁通门传感器低功耗技术研究(No.20126102110031)”进行研究,对提高微型磁通门性能,拓展其应用领域有重要意义。
董春晓[4]2009年在《添加剂对阳极氧化铝膜性能的影响研究》文中指出阳极氧化铝膜在建筑、装饰、航空等领域具有广阔的应用前景。本文结合添加剂在提高阳极氧化膜耐蚀性能方面的研究现状,对稀土盐和有机物两种添加剂及其复合添加剂对氧化膜性能的影响进行研究。本文选取Ce(SO_4)_2、La_2(SO_4)_3、草酸、柠檬酸、甘油作为单一添加剂分别加入硫酸电解液中,并采用传统的阳极氧化工艺制备出多孔氧化铝膜。通过所得氧化膜厚度、硬度及耐蚀性测试,并以耐蚀性为主要评价指标,优选出最佳单一添加剂为硫酸高铈,并确定其最佳添加量为1mmol/L。通过测定氧化膜的硬度、厚度、耐蚀性随氧化时间的变化规律,确定最佳氧化时间为1h。在含有硫酸高铈的硫酸电解液中分别加入草酸、柠檬酸、甘油三种具有代表性的有机添加剂,通过对所得阳极氧化膜的厚度、硬度、耐蚀性的研究,并以耐蚀性为主要评价指标,优选出与铈盐有最佳协同效应的有机添加剂种类为柠檬酸,其最佳添加量为0.6mol/L,并且得到复合添加剂在提高氧化膜的耐蚀性能方面优于单一添加剂。氧化过程的电流-时间曲线及电化学阻抗的研究结果表明,单一和复合添加剂均不改变阳极氧化的过程,却使阻挡层的厚度增加,从而使膜的耐蚀性增强。但加入复合添加剂后,所得膜在NaCl中的耐蚀机制发生改变,生成的大分子络合物堵塞孔口,从而使其耐蚀性进一步加强。随后对硫酸、硫酸+硫酸高铈、硫酸+硫酸高铈+柠檬酸三种电解液中所得氧化铝膜的性能进行了比较。通过化学浸蚀法得到：三种膜在中性、酸性、碱性介质中的耐蚀性顺序为中性＞酸性＞碱性。通过TEM、XRD、EDS测试技术对添加剂作用下所得氧化膜的表面形貌、结构及组成进行分析,结果表明添加剂的加入,使氧化膜的孔径减小、孔壁增厚、孔隙率降低,从而使其耐蚀性增大,但对膜的非晶态结构及组成没有影响。最后通过对三种电解液中离子形态的分析,并结合氧化过程中电流-时间曲线的特点和电化学阻抗技术的研究结果,初步探讨了添加剂在阳极氧化过程中可能的作用机制。由于稀土离子具有较高的价态和较正的标准氧化还原电位,在阳极氧化过程中对某些中间反应起到类似于催化剂的作用,使成膜速度加快,膜结构发生改变,从而有利于阳极氧化膜性能的提高。而复合添加剂的作用,则是因为铈盐与柠檬酸之间的协同效应生成稳定的络合物,这些络离子对氧化过程产生影响,使得氧化膜的阻挡层厚度、孔径、孔隙率等参数发生变化,进而影响氧化膜的耐蚀性。
谢品品[5]2009年在《纳米孔阳极氧化铝膜的制备及分离特性研究》文中研究指明无机膜在食品分离等领域常涉及蛋白质产品的回收和灭菌等,但由于膜孔结构复杂,定量研究膜的过滤分离性能难度较大。阳极氧化铝膜具有孔道相互平行且严格垂直于膜表面、孔径可调(几百纳米至零点几纳米之间)且分布范围窄等优点,可用于纳米材料的填充及精密分离膜的研制等领域。而由于氧化铝膜本身质脆易碎,需找到合适的支撑体提高其强度后才能具有良好的分离应用前景。本实验选用高氯酸和乙醇的混合液为电解液,研究了电解液的浓度、温度及抛光的电压、时间、有无搅拌等因素对高纯铝片电化学抛光质量的影响,实验得到了适宜的铝片电抛光条件为:电解液配比(HClO_4:C_2H_5OH)为1:6～1:4(体积比);抛光温度10～20℃;抛光电压为16～20V;抛光时间为2～3min;磁力搅拌。本实验不剥离膜,而是直接制得以大孔铝基为支撑体的具有较好韧性和强度的新型阳极氧化铝膜,并将其用于牛血清蛋白(BSA)溶液的过滤分析,研究了膜的制备条件对膜分离性能的影响。实验结果表明,随着阳极氧化时间的增加,膜通量逐渐降低,膜截留率增加。过滤初期,随着氧化电压的减小,膜通量逐渐减小,膜截留率增加;过滤后期,氧化电压最小的膜通量最高,而氧化电压最大的膜截留率最高;相同氧化电压下,截留率均随过滤时间增加而逐渐增大。随着支撑体制备时间的增加,膜通量增加,膜截留率无明显变化。随着浸蚀时间的增加,膜通量增加,膜截留率逐渐降低。经二次阳极氧化后膜的通量稍大于一次氧化膜的通量,但膜截留率基本无区别。本实验还研究了操作条件对膜分离性能的影响,并对膜的分离模型进行了初步研究。实验结果表明,随BSA溶液温度的升高,膜通量先增加后减小,膜截留率先减小随后又有所升高;综合考虑,料液温度在20℃左右为最佳。过滤初期,通量随着BSA浓度增大而减小;过滤后期,浓度较大的体系稳定通量较大。随着溶液PH值的增大,膜通量先减后增,PH为4.7时通量最小;经静态吸附后膜的通量小于没经吸附的膜。随着操作压力的增加,膜初始通量逐渐增大,截留率先减后增;在一定范围内,稳定通量随压力增加而增大,继续增大压力反而会减小;相同操作压力下截留率随过滤时间的延长而增加;综合考虑,操作压力选0.15MPa左右为宜。通过对三种堵塞模型的计算模拟,得出适宜本实验过滤过程的分离模型为中间堵塞模型。膜通量恢复率随反冲次数的增加而逐渐减小,随反冲压力(＜0.15MPa)增加而增大;超声清洗也可使膜通量得到恢复。
徐明丽[6]2007年在《纳米线阵列电极的制备及其对甲醇电催化氧化特性的研究》文中指出近年来，随着各类便携式电子产品的不断涌现，对小型燃料电池的需求随之增加，直接甲醇燃料电池(DMFC)因具有结构简单、污染小、易于小型化、使用方便等优点而受到越来越广泛的关注与重点研究。然而，目前用于催化氧化甲醇的电极材料其催化活性和催化稳定性均不是很高。因此，本论文的主要目的是研制对甲醇具有高催化活性、高稳定性且成本较低的阳极催化剂。目前，多数催化剂均采用负载型纳米催化剂，本研究中则是创新性地将催化剂制成金属纳米线阵列电极的形式，从而大大提高了对甲醇的电催化氧化性能。本论文借助阳极氧化铝(AAO)模板，通过交流电沉积的方式制备了金属Pt、Pd、Ni和Pd-Ni纳米线，并通过电化学测试方法对各纳米线阵列电极电催化氧化甲醇的性能进行了对比性研究，从而得出一种高催化性能、稳定性较好的纳米线阵列电极催化剂。论文的主要内容和研究结论如下：1．对纳米线阵列的应用和DMFC进行了概述，重点阐述了甲醇阳极氧化的电催化机理，系统介绍了DMFC的各种阳极催化剂，总结了目前研究阳极催化剂所面临的问题，并指出催化剂纳米化是当前研究催化剂的主要思路。2．确定了制备AAO模板的具体工艺流程。采用草酸溶液作为电解质，通过二次阳极氧化的方法来制备AAO模板，并通过逐级降电压的方法来减薄阻挡层。本研究工艺具有“利用较短时间能够制备出较大孔径、较薄阻挡层、较厚模板、排列高度有序的多孔氧化铝模板”的优点，与其它获得同样模板的工艺相比，大大缩短了制备时间。3．氧化铝膜的生长过程中存在着膜的电化学生成和化学溶解两个过程。多孔氧化铝膜的形成过程分为阻挡层的形成、微孔萌生和多孔层稳定生长三个阶段。从动力学角度来讲，氧化过程是一个溶液中反应粒子多相传质的过程。在前人对膜层结构形成机理的理论模型基础上提出本论文的理论模型一一“电场支持下的体膨胀应力溶解模型”。4．确定了制备金属纳米线及其阵列电极的具体工艺流程。本研究中通过交流电沉积的方式向AAO模板纳米孔洞中沉积制备了金属Pt、Pd、Ni和Pd-Ni纳米线，与文献中制备金属纳米线的工艺相比，本研究中的制备方法具有操作简单、方便易行、稳定性好的优点，这样既缩短了实验时间，又节约了成本，同时提高了制备样品的成功率。5．通过TEM、SEM、AFM、EDS、XPS和XRD等测试手段对不同处理条件下的AAO模板和金属Pt、Pd、Ni和Pd-Ni纳米线的形貌、结构与成分等进行了表征与分析。主要的研究结论如下：(1) AAO模板具有孔径约70～80nm的排列规则有序的纳米孔结构，孔密度为10~9～10~(10)cm~(-2)，其膜厚可达47～48μm；模板中的Al:O原子基本符合化学计量比2:3，且在未经磷酸处理时AAO模板均为介于无定形Al_2O_3和晶态γ-Al_2O_3之间的过渡态多晶Al_2O_3，而经磷酸处理后则呈多晶态的AlPO_4。(2)纳米线呈实心线，中间无间断，其表面不够光滑呈毛刺状。线径约为65～75nm左右，与模板孔径基本接近；当沉积时间小于30min时，长径比为55～150左右，但若沉积时间延长至60min时，纳米线会超出模板表面横向生长以致彼此连成一片而覆盖模板。(3) XPS检测结果表明，Pt、Pd纳米线均为单质态，而Ni纳米线由于自然氧化以及在后处理过程中与碱液接触其表面生成了NiO与Ni(OH)_2，Pd-Ni纳米线中Pd、Ni处于简单的混合状态，而非固溶体；XRD检测结果表明这四种金属纳米线均为多晶态，而选区电子衍射(SAED)测试结果则表明Pd纳米线呈单晶态，这可能是由于Pd纳米线的特殊生长方式以及采用不同测试手段时电子束照射样品方式不同的缘故。6．研究了KOH碱性介质中甲醇分别在Pt、Pd、Ni和Pd-Ni平板电极与相应纳米线阵列电极上的循环伏安行为，分析了其在不同电极上的电催化氧化性能，得到如下结论：(1)在KOH溶液碱性介质中，Pt、Pd、Ni和Pd-Ni平板电极均表现出一定的催化氧化甲醇的能力，其催化活性顺序为：Ni＞Pd-Ni＞Pd＞Pt；纳米线阵列电极对甲醇的电催化氧化活性很高，比相应的平板电极均提高了约10倍左右，其催化活性顺序仍为：Ni＞Pd-Ni＞Pd＞Pt。(2)本研究中制备的金属纳米线阵列电极催化剂具有很高的催化活性，其催化氧化甲醇的氧化峰电流密度是文献中负载型纳米催化剂的5～70倍左右。这主要是由于纳米线阵列电极中金属纳米线拥有更高的电化学活性面积和更好的分散度，能够大大提高甲醇催化氧化活性点数量的缘故。7．采用循环伏安法和交流阻抗法对KOH碱性介质中Pt、Pd、Ni和Pd-Ni纳米线阵列电极上不同测试条件对甲醇电催化氧化性能影响的规律以及电极过程动力学进行了分析研究，主要结论如下：(1)随着扫描次数的增加，伏安曲线中甲醇的氧化峰电流密度均呈现不同程度的衰减。结果表明：Pt纳米线电极衰减最多，而Pd-Ni纳米线电极衰减最少，分别为30％和0.44％，从而确定了Pd-Ni纳米线阵列电极是一种稳定性很好且成本相对较Pt低的纳米线催化剂。(2)甲醇浓度为0.1mol/L时，Pt、Pd、Ni、Pd-Ni这四种纳米线阵列电极催化氧化甲醇的CV曲线中正扫氧化峰电流密度均与v~(1/2)成正比关系，这表明甲醇浓度为0.1mol/L时这四种电极上的催化氧化反应均受扩散步骤控制。若溶液中甲醇浓度增大，则电极上催化氧化甲醇的氧化峰电流密度均随之增大，表明电极表面甲醇被吸附氧化的量相应增加。(3)交流阻抗谱测试结果表明，电极电位为0.2V下，当甲醇浓度为0.1mol/L时，阻抗谱为一条直线，Pt、Pd、Ni、Pd-Ni纳米线阵列电极上甲醇的催化氧化反应均受扩散步骤控制；当甲醇浓度逐渐增大或电极电位逐渐增大时，阻抗谱变为半径逐渐减小的半圆弧，电极过程逐渐由扩散控制转变为电化学控制，且甲醇电催化氧化的速率均随之增加。由此可以得出，在KOH碱性介质中，Pt、Pd、Ni、Pd-Ni这四种纳米线阵列电极中，催化活性最高的是Ni纳米线电极，而催化稳定性最好的是Pd-Ni纳米线电极，催化活性与稳定性最差的是Pt纳米线电极。目前，虽然小型DMFC已产业化，但其催化剂并非纳米线阵列催化剂。经查新，本文研制的Pt、Pd、Ni、Pd-Ni四种金属纳米线阵列电极对甲醇的电催化氧化在国内外文献中均未见报道。综上所述，本论文已完成了Pt、Pd、Ni、Pd-Ni这四种金属纳米线阵列电极在KOH碱性介质中催化氧化甲醇的性能研究工作，对今后研究小型DMFC阳极催化剂开辟了新的思路，为制备纳米线阳极催化剂的研究工作提供了一定的技术措施与理论指导，对研究有机小分子的电催化氧化在理论上具有一定的借鉴与指导意义。
石洪瑞[7]2016年在《复合氧化铝膜的制备及其摩擦学性能研究》文中进行了进一步梳理铝合金作为在航空航天、交通运输、轻工建材和电子通讯等领域被广泛使用的材料,具有轻质、导电导热性强、易于回收等特点。但是铝合金硬度较低,在作为机械运动元件时,往往会产生剧烈的磨损,对铝合金表面进行阳极氧化处理,形成阳极氧化铝膜,能够使铝合金具备更高的表面硬度和良好的耐磨性。铝合金表面阳极氧化技术作为表面工程领域的重要研究方向,在工业中具有非常广泛的应用,但是阳极氧化铝膜的摩擦系数很高,为了使阳极氧化铝膜能够获得较好的摩擦学性能,本文结合固体润滑技术,在阳极氧化铝膜的孔中填充软金属类固体润滑剂,制备出具有自润滑性能的复合阳极氧化铝膜。在保持阳极氧化铝膜本身良好物理性能的基础上,为了实现在阳极氧化铝膜的孔中润滑材料的填充,就需要氧化铝膜具有较大的孔径,因此本文选用直流恒流电源,分别选择草酸型电解液和磷酸型电解液,在外循环冷却条件下制备阳极氧化铝膜。同时研究了氧化电流密度和时间变化对氧化铝膜的生长速度、表面形貌、显微硬度等性能的影响。根据氧化铝膜阻挡层的二极管理论,未经处理的氧化铝膜阻挡层的电阻特性十分不利于直流电沉积。为使氧化铝膜阻挡层能够满足直流电沉积方法对其电阻性的要求,在阳极氧化结束后,添加(NH4)2SiF6配合阶梯降压法,对氧化铝膜的阻挡层进行改性处理,以降低阻挡层的电阻,同时考察了改性处理对氧化铝膜氧化硬度、表面形貌和电阻性能的影响。然后采用直流电沉积的方法,在氧化铝膜的孔洞中沉积铜纳米线和铜纳米线-纳米石墨,以制备复合氧化铝膜。研究了保留电压、沉积电压、沉积时间和石墨含量等因素对复合氧化铝膜性能的影响,并设计了单变量试验以寻找最佳的工艺参数组合。同时,采用SEM、XRD和EDS等测试手段对复合氧化铝膜的组织形貌和结构类型进行分析,并对复合氧化铝膜内沉积的铜纳米线和铜纳米线-纳米石墨的生长模式进行了分析,建立了其生长模型,文中还使用微观硬度仪和结合力测试仪对复合氧化铝膜的物理性能进行了测试和分析。最后,对文中所制备的复合氧化铝膜进行干摩擦的摩擦磨损实验,分析沉积电压、石墨含量和加载力等因素对其摩擦系数、磨损量和磨痕形貌的影响,与铝合金、氧化铝膜的摩擦磨损情况进行对比分析,并对复合氧化铝膜进行摩擦磨损的机理分析。对于铜纳米线和纳米石墨共沉积获得的复合氧化铝膜,本文的设计初衷为,希望保留氧化铝膜较高的硬度以及较好的耐磨性,多孔阳极氧化铝膜的孔壁与孔中填充的铜纳米线在纳米结构上有序排列,能够起到共同承载的作用,提高其耐磨性。同时孔中的纳米线与纳米石墨在摩擦过程中,能够作用于复合氧化铝膜的表面,使得复合氧化铝膜具有较低的摩擦系数,从而具备较低的摩擦系数。
常晓仆[8]2007年在《以铝为支撑体的新型阳极氧化铝膜的研究》文中研究说明多孔阳极氧化铝膜具有孔密度高、孔径分布均匀、孔与孔间相互平行等特点，可制成新型的超精密分离膜，在分离领域有较大的应用潜力。但由于氧化铝膜较脆，缺少支撑体，在去除铝基体及分离的过程中极易破裂，所以很难大面积生产，只有在实验室有部分应用。本文采用正交实验方案，用一次阳极氧化法制得阳极氧化铝膜，研究了阳极氧化时温度、时间、电压对氧化铝膜厚度、孔径和孔有序度的影响。实验结果表明，氧化时间对膜厚影响最大，其次是温度和电压，而对膜孔径和有序度的影响主次因素依次为电压、温度和时间；正交实验获得的最佳工艺条件为氧化温度13℃、氧化时间2h、氧化电压130V；用数学方法定量的分析了氧化工艺对孔有序度的影响。本文在一次阳极氧化铝膜的基础上以电化学的方法制得了两面贯通以大孔铝为支撑体的多孔阳极氧化铝膜，研究了多种影响因素对膜结构的作用。结果表明，该膜具有较好的机械强度和韧性，可弯曲180°、在0.3MPa下不破裂，从而使膜的脆性问题在一定程度上得以改善。膜平均孔径和纯水通量随浸蚀时间的增加而增大，而PEG20000的截留率随之减小，浸蚀时间对膜的孔隙率影响不大。随着氧化时间的增加，膜的纯水通量降低而膜的截留率升高，膜的纯水通量和PEG20000的通量随着过滤时间的增加而减少。相比磷酸膜，草酸膜具有更小的孔径和更大的厚度，在同样压力下，草酸膜的稳定纯水通量小于磷酸膜，但截留率却大于磷酸膜。随着阳极反应时间的增加，膜的稳定纯水通量增大，但膜的截留率变化不大。随着操作压力的增加，膜的纯水通量和PEG20000通量都变大。本文通过膜的耐蚀性实验，用扫描电镜、X射线衍射仪进行了膜的表面形貌及成分分析，研究了膜在退火前后的耐蚀性。结果表明，未经高温下退火的膜在中性环境中是完全耐蚀的，相比碱性溶液，膜在酸性溶液中耐蚀性较好，而在pH值大于12时膜不耐蚀。膜在800℃及910℃下退火5h后，由非晶态的氧化铝转变成为晶态的α-Al_2O_3，但同时也有铝单质和无定形结构的氧化铝存在，膜在800℃下退火5h后的正面没有太大变化，背面由无规则的分布变为簇状分布。经高温下退火的膜在中性和强酸性溶液中完全耐蚀，在强碱性溶液中膜的耐蚀性也有较大提高。
佘希林[9]2005年在《聚合物纳米管和聚合物包覆金属同轴纳米电缆组装、结构与性能》文中研究指明一维纳米材料,包括纳米线、纳米管、同轴纳米电缆等,因具有许多独特的光学、电学、磁学、化学等方面的性能,而成为近年来纳米材料领域的研究热点之一。聚合物纳米管是继碳纳米管之后又一个崭新的研究领域,正在异军崛起。本论文紧跟国际前沿,在大量检索、整理、综合分析文献的基础上,首次以孔径为200 nm阳极氧化铝(Anodic Aluminum Oxide,AAO)膜为模板、采用简单可行的模板浸润的物理技术,成功地组装了多种常规分子量的聚合物纳米管;并采用电化学沉积技术,首次成功地组装了常规聚合物包覆金属的同轴纳米电缆;分别对它们的结构与性能进行了表征,并首次对模板浸润法组装聚合物纳米管的机理进行了初步探讨。 1 聚合物纳米管 采用聚合物溶液和熔体浸润AAO模板的方法,组装了常规分子量的PS、PA6、PP、PA66、PU、PRSN—130、PCL和ABS等十多种聚合物纳米管和纳米线,并进行了结构与性能的表征。 (1)采用模板浸润法,首次在200 nm的AAO模板中组装了常规分子量聚苯乙烯(PS)纳米管。采用SEM、FESEM和TEM等测试表明:纳米管外径约为300 nm;当溶液浓度为2.5wt%,5.0wt%和10.0wt%时,制得的纳米管的管壁厚度分别为50 nm,70 nm和80 nm;在较
任万春[10]2008年在《基于多孔阳极氧化铝模板和紫外纳米压印的减反射膜制备技术》文中认为紫外纳米压印技术具有低成本、高分辨率、高产能等优点。压印的最小分辨率完全取决于模板的分辨率。压印模板一般采用电子束直写或者极紫外光刻等高分辨率的技术制备。可是这些技术成本高、速度慢。多孔阳极氧化铝模板具有高度均匀的纳米级孔洞阵列结构,模板的制备技术非常成熟,各种参数在一定范围内可以进行调整。本文首次将这两项技术的优点整合起来,用多孔阳极氧化铝作为压印模板,通过紫外纳米压印技术制备出纳米级椭圆球状阵列结构。该亚波长结构可以安装在光电器件表面,用于减少光的反射,从而提高光电器件的工作效率。该亚波长减反射膜可以将硅基底表面大于30%的反射率降低到4%左右。
参考文献：
[1]. 金属氧化物及硫化物纳米结构的可控制备、表征与性能研究[D]. 姚陆军. 上海交通大学. 2011
[2]. 阳极氧化铝模板的定量蚀刻及在金属纳米线阵列制备中的应用[D]. 陈东. 青岛大学. 2007
[3]. 基于多孔软磁薄膜的微型磁通门低功耗技术研究[D]. 吕辉. 西北工业大学. 2015
[4]. 添加剂对阳极氧化铝膜性能的影响研究[D]. 董春晓. 大连理工大学. 2009
[5]. 纳米孔阳极氧化铝膜的制备及分离特性研究[D]. 谢品品. 大连理工大学. 2009
[6]. 纳米线阵列电极的制备及其对甲醇电催化氧化特性的研究[D]. 徐明丽. 昆明理工大学. 2007
[7]. 复合氧化铝膜的制备及其摩擦学性能研究[D]. 石洪瑞. 哈尔滨工程大学. 2016
[8]. 以铝为支撑体的新型阳极氧化铝膜的研究[D]. 常晓仆. 大连理工大学. 2007
[9]. 聚合物纳米管和聚合物包覆金属同轴纳米电缆组装、结构与性能[D]. 佘希林. 北京化工大学. 2005
[10]. 基于多孔阳极氧化铝模板和紫外纳米压印的减反射膜制备技术[D]. 任万春. 上海交通大学. 2008
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