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氧化铝模板的强烈阳极氧化法制备及其在纳米材料中的应用

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纳米材料是一门新兴学科，当材料达到纳米级时会表现出不同于体材料和单个分子的特殊性能。由于独特的结构，纳米材料展现出了奇特的电学、磁学、光学、热学和力学等方面性质，成为近年来很有发展前景的新型材料。模板法是制备纳米结构非常简单精巧的方法，阳极氧化铝模板(Anodic aluminum oxide，AAO)是最常用的模板之一，具备孔道排列高度有序，孔密度高、价格低廉、使用方便等有优点，作为制备纳米尺寸的功能器件的模板材料，引起了人们的极大兴趣。
　　 本文采用强烈阳极氧化(Hard Anodization，HA)法快速地制备了AAO模板；然后采用溶胶凝胶模板法制备了二氧化钛(TiO2)和二氧化锰(MnO2)纳米阵列；最后通过使用NaOH 溶液腐蚀不同温度热处理后的氧化铝模板，制备出了氧化铝纳米线、纳米棒和纳米墙。主要研究成果如下：
　　 采用HA法制备了AAO模板，比较了强烈氧化法与温和氧化(MildAnodization，MA)法的不同，结果表明HA法氧化电流密度高、氧化速率快、制备的模板形貌有序性好；电解液中添加有机醇能有效降低氧化电流密度，保证氧化过程顺利进行，有机醇的种类、醇水配比及草酸浓度对模板形貌和结构有重要影响；本文AAO模板最合适的制备条件是：第一步氧化在40 V电压、0.3 mol·L-1 草酸中氧化5h，第二步在160 V电压、以乙二醇的水溶液(V 醇V ∶水=1∶1)为溶剂的草酸(0.5mol·L-1)电解液中氧化2 h。在此条件下制备的模板孔径约80 nm，孔间距约120 nm，膜生长速率为51.9 μm·h-1。高温热处理可以使模板表面形貌和晶型结构发生改变。
　　 采用溶胶凝胶模板法制备了TiO2和MnO2 纳米线，负压与超声相结合的方法可以使溶胶顺利进入模板的孔中，解决了采用小孔径模板难以通过sol-gel模板法合成纳米阵列的难题。
　　 采用NaOH 溶液腐蚀高温热处理后的氧化铝模板制备出了不同的氧化铝纳米结构。结果显示：无定形氧化铝模板、γ-Al2O3和α+γ-Al2O3分别可以生长出氧化铝纳米线、纳米棒和纳米墙，并提出了合理的生长机理。
　　 探索研究了氮化镓(GaN)纳米材料的模板制备法，尝试了化学气相沉积(CVD)与溶胶凝胶/化学气相沉积(sol-gel/CVD)等方法制备GaN。结果表明，CVD法容易发生团聚现象，而sol-gel/CVD法具有一定的可行性，是值得深入研究的方法。

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