模板法制备金属纳米孔阵列膜及其光学特性的研究

论文摘要

本文利用模板法制备具有纳米孔阵列的金属薄膜,并研究其光学透过率特性。基于二步法高场阳极氧化方法我们制备纳米多孔阳极氧化铝,以此为模板通过离子溅射法得到具有纳米孔阵列的金属薄膜。金属膜表面的多孔阵列在若干微米尺度范围内排列规则有序。通过改变阳极氧化参数和一个可控的去阻碍层/扩孔过程来得到各种形貌的氧化铝模板,从而使得多孔阵列金属膜的孔间距和孔径在几百个纳米的尺度范围内可按需要调控实现。我们探测到某些样品在镀上金属膜后,它的光学透过率在某些特定的可见光范围内有一个明显的增强,相比镀膜前透射光强度可以增强十倍以上。进一步研究分析表明,这个透射增强效应的产生取决于多孔金属膜的孔隙率。而金属膜的形貌及金属种类对透射谱的峰位和强度也有影响。本文首先概括地介绍了纳米技术的概念、发展历程,以及纳米材料的性质和应用。还介绍了纳米材料的分类和主要合成方法和机理。以及多孔阳极氧化铝材料的研究历程、生长机理和主要应用。最后是本文的主要研究内容。然后介绍了研究纳米材料的主要表征手段和本课题研究中所使用的相关仪器设备,诸如扫描电子显微镜、透射电子显微镜、隧道扫描显微镜、紫外—可见光谱、显微拉曼光谱和光致发光光谱等。接着介绍了模板法制备金属纳米孔阵列膜及其形貌的研究。先对制备纳米多孔氧化铝模板做了简单概述。我们采用二步法高场阳极氧化的电化学刻蚀方法制备了纳米多孔阳极氧化铝模板,并以此为基础得到了金属纳米孔阵列膜。我们通过一个可调控的化学刻蚀过程来修正模板结构,从而得到各种不同形貌的金属薄膜。通过对薄膜正反两面的形貌研究归纳了这个化学刻蚀过程的行为特征。然后是金属纳米孔阵列膜的光学透过率的研究。先介绍了选择性透射增强效应和它的机理。我们对各种不同形貌参数的样品的光学透过率进行研究、比较、分析和讨论。我们制备的金属纳米孔阵列膜能在可见光波长范围里被探测到一个明显的透射增强峰。随后对金属纳米孔阵列膜的透射增强效应行为作出了归纳和小结。最后是对我们研究工作的总结。以上的研究得到了国家自然科学基金、国家教育部计划和国家重大基础科研计划的资助,特此感谢!

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料简介
• 1.1.1 纳米技术的发展历程
• 1.1.2 纳米材料的性质
• 1.1.3 纳米材料的应用
• 1.2 纳米材料的制备
• 1.2.1 纳米材料的分类
• 1.2.2 纳米材料的主要制备方法
• 1.3 多孔阳极氧化铝概述
• 1.3.1 多孔阳极氧化铝的研究历程
• 1.3.2 多孔阳极氧化铝的生长机理
• 1.3.3 氧化铝模板的主要应用
• 1.4 本文的研究内容
• 参考文献
• 第二章 纳米材料表征技术
• 2.1 纳米材料的主要观测方法
• 2.1.1 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）
• 2.1.2 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）
• 2.1.3 隧道扫描显微镜（Scanning Tunneling Microscope, STM）
• 2.2 纳米材料的主要光谱研究方法
• 2.2.1 紫外-可见光谱（Ultra-visible Spectrum）
• 2.2.2 显微拉曼光谱（micro-Raman Spectrum）
• 2.2.3 光致发光谱（Photoluminescence Spectrum, PL）
• 参考文献
• 第三章 模板法制备金属纳米孔阵列膜及其形貌修饰
• 3.1 模板法简介
• 3.1.1 模板的分类
• 3.1.2 纳米结构模板的主要合成方法
• 3.2 高场二步阳极氧化法制备氧化铝模板
• 3.3 金属纳米孔阵列膜的制备
• 3.4 金属纳米孔阵列膜的形貌研究
• 3.4.1 去阻碍层/扩孔过程对样品正面形貌修饰的研究
• 3.4.2 去阻碍层/扩孔过程对样品背面形貌修饰的研究
• 参考文献
• 第四章 金属纳米孔阵列膜的光学特性研究
• 4.1 选择性透射增强效应概述
• 4.1.1 选择性透射增强效应简介
• 4.1.2 SPP的相关理论
• 4.1.3 SPP的相关应用
• 4.2 金属纳米孔阵列膜的光学透过率研究
• 4.2.1 保留阻碍层PAA样品镀金前后透过率研究
• 4.2.2 完全去阻碍层PAA样品镀金前后透过率研究
• 4.2.3 不同孔隙率PAA样品镀金前后透过率研究
• 4.2.4 透射增强倍率的研究
• 4.2.5 银膜样品的研究
• 参考文献
• 第五章 结论
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢