金属纳米线及聚苯胺—金属同轴纳米电缆的性能研究

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本文以金属(Cu、Co、Ag)纳米线和聚苯胺(PANI)-金属同轴纳米电缆的制备、表征及性能研究为主要内容,对纳米线和纳米电缆的制备与形成机理进行了研究,通过多种手段研究了金属纳米线的场发射性能、导电性能,测试了以聚苯胺-金属同轴纳米电缆阵列为基本元件制成的超级电容、场发射源和传感器的性能,探索了TiO2/PANI-Ag的光电性能。采用二次铝阳极氧化法获得了孔径分别为80nm、120nm、160nm的多孔铝阳极氧化膜并将其组装成AAO电极。采用直流电沉积法在AAO电极中制备了直径为80nm、120nm、160nm,长度分别为2μm、5μm、10μm、20μm的Co、Cu、Ag纳米线阵列,并测试其场发射性能。场发射性能测试表明,Co、Cu、Ag纳米线阵列都有十分优异的场发射性能,纳米线越长,直径越小,场发射性能越好。直径80nm长度为20μm的Co纳米线阵列具有优异的场发射性能,其场发射增强因子达到3054,开启场强为1.66V/μm。利用直流电沉积方法制备了长度为20μm,直径分别为80nm、120nm、160nm的聚苯胺纳米线阵列和聚苯胺外皮厚度分别为2、5、10、15、25、35nm的聚苯胺-Ag、聚苯胺-Cu、聚苯胺-Co同轴纳米电缆阵列,并测试了它们的电导率。不同直径的PANI纳米线阵列的电导率随着直径的降低逐渐加大;相同直径的PANI-Co、PANI-Cu、PANI-Ag同轴纳米电缆阵列的电导率随PANI外皮的厚度的增加而降低,相同外皮厚度的纳米电缆阵列的电导率随直径的增加而增加。制备并比较了直径80nm长度为20μm的Ag纳米线阵列和直径80nm长度为20μm,PANI厚度为25纳米的PANI-Ag同轴纳米电缆阵列的场发射性能。Ag纳米线阵列和PANI-Ag同轴纳米电缆阵列的的开启场强(电流密度为10μA/cm2)分别为1.74V/μm、1.69V/μm。Ag纳米线阵列的形状影响因子β为2967,PANI-Ag同轴纳米电缆阵列的形状影响因子β为827。利用直流电沉积方法制备了TiO2/PANI-Ag同轴纳米电缆阵列并测试了其光电性能。光照开路电压变化曲线表明,在可见光照下,TiO2/PANI-Ag同轴纳米电缆阵列的光照开路电位变化值较PANI-Ag纳米电缆阵列大。将直径为80nm,长度为1.5μm、5μm、10μm,聚苯胺外皮厚度分别为1、5、10、25、35nm的PANI-Ag同轴纳米电缆阵列组装成超级电容并对其性能进行测试。结果表明,纳米电缆长度的增加没有使比容量发生显著变化;随着PANI的增厚,比容量明显大幅度下降。纳米电缆阵列电容器以氧化还原电容为主。长度为10μm,聚苯胺外皮厚度为1nm,直径为80nm的PANI-Ag同轴纳米电缆阵列的比容量达到283F/g。制备了直径为80nm,PANI厚度为1nm,长度分别为1.5μm、5μm、10μm的PANI-Ag同轴纳米电缆阵列,并对其在磷酸缓冲溶液中的多巴胺和维生素C的测定进行了研究。结果发现其灵敏度随着纳米电缆长度的增加而线性增加。
中文摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第10-34页
    1.1 前言第10-11页
    1.2 AAO模板及电极的制备第11-17页
        1.2.1 模板法的分类第11-13页
        1.2.2 铝阳极氧化膜的分类第13-14页
        1.2.3 铝阳极氧化多孔膜的形成机理第14-15页
        1.2.4 AAO模板的应用第15-17页
    1.3 模板法合成纳米线及同轴纳米电缆阵列第17-20页
        1.3.1 化学沉积第18页
        1.3.2 化学聚合第18页
        1.3.3 电化学沉积金属纳米线第18-20页
    1.4 纳米线阵列的场发射性能第20-22页
        1.4.1 场发射的概念第20页
        1.4.2 场发射材料第20-22页
    1.5 导电聚合物第22-24页
        1.5.1 导电聚合物的发展第22页
        1.5.2 导电聚合物的基本性能第22-23页
        1.5.3 导电聚合物纳米线的性能第23页
        1.5.4 导电聚合物纳米线的制备方法第23-24页
    1.6 导电聚苯胺第24-28页
        1.6.1 聚苯胺的结构第25-26页
        1.6.2 聚苯胺的掺杂导电机制第26页
        1.6.3 聚苯胺的合成方法第26-27页
        1.6.4 聚苯胺的性能及应用第27-28页
    1.7 PANI超级电容第28-29页
        1.7.1 超级电容第28-29页
    1.8 Ti0_2/聚苯胺-金属同轴纳米线阵列的性能第29-32页
        1.8.1 半导体P-N结的性能第29-30页
        1.8.2 Ti0_2 的应用第30-32页
    1.9 本论文的主要工作第32-34页
第二章 AAO模板的制备第34-44页
    2.1 引言第34-35页
    2.2 贯通模板的制备流程第35-39页
        2.2.1 药品第35页
        2.2.2 仪器第35页
        2.2.3 工艺流程第35-39页
    2.3 电极的封装第39-40页
        2.3.1 溅金第39页
        2.3.2 封装电极第39页
        2.3.3 电极示意图第39-40页
    2.4 制备模板的结果与讨论第40-43页
        2.4.1 制备铝阳极氧化膜的各阶段形貌第40-41页
        2.4.2 贯通的多孔铝阳极氧化膜的形貌第41-43页
    2.5 结论第43-44页
第三章 金属纳米线阵列的场发射性能第44-69页
    3.1 引言第44-45页
    3.2 实验方法第45-48页
        3.2.1 实验药品第45页
        3.2.2 实验仪器第45页
        3.2.3 电化学沉积装置图第45-46页
        3.2.4 纳米线阵列的制备第46页
        3.2.5 形貌结构表征第46页
        3.2.6 场发射性能的测试第46-48页
    3.3 控电位沉积参数的确定第48-52页
    3.4 Co 纳米线阵列的表征及场发射性能研究第52-57页
    3.5 Cu 纳米线阵列的表征及场发射性能研究第57-63页
    3.6 Ag 纳米线阵列的表征及场发射性能研究第63-68页
    3.7 结论第68-69页
第四章 聚苯胺-金属同轴纳米电缆阵列的电导率研究第69-81页
    4.1 引言第69-70页
    4.2 实验方法第70-74页
        4.2.1 实验药品第70页
        4.2.2 实验仪器第70-71页
        4.2.3 PANI纳米线及PANI-金属纳米电缆的制备第71-74页
    4.3 聚苯胺纳米线的表征第74-75页
    4.4 聚苯胺纳米电缆的性能研究第75-77页
    4.5 PANI纳米线及同轴电缆阵列的电导率研究第77-80页
    4.6 小结第80-81页
第五章 聚苯胺-Ag同轴纳电缆阵列的场发射性能第81-84页
    5.1 引言第81页
    5.2 实验部分第81-82页
        5.2.1 实验药品第81页
        5.2.2 实验仪器第81-82页
    5.3 结果与讨论第82-83页
    5.4 小结第83-84页
第六章 Ti0_2/聚苯胺-Ag同轴纳米电缆阵列的光电性能研究第84-96页
    6.1 引言第84-85页
    6.2 实验方法第85-87页
        6.2.1 实验药品第85页
        6.2.2 实验仪器第85页
        6.2.3 Ti0_2 纳米颗粒的制备第85-87页
    6.3 Ti0_2 纳米颗粒表征第87-89页
        6.3.1 表面形貌第87-88页
        6.3.2 Ti0_2 纳米颗粒的XPS表征第88-89页
    6.4 Ti0_2/PANI-Ag同轴纳米电缆的表征及性能测试第89-94页
        6.4.1 Ti0_2 纳米颗粒复合的PANI-Ag同轴纳米电缆的TEM表征第89页
        6.4.2 Ti0_2 纳米颗粒复合的PANI-Ag同轴纳米电缆的EDS表征第89-90页
        6.4.3 UV-VIS测试第90页
        6.4.4 热失重(TG)曲线测试第90-91页
        6.4.5 光照开路电位的研究第91-92页
        6.4.6 光照交流阻抗分析第92-94页
    6.5 小结第94-96页
第七章 聚苯胺-金属同轴纳米电缆阵列组成的超级电容的性能第96-107页
    7.1 引言第96-97页
    7.2 实验方法第97-98页
        7.2.1 实验药品第97页
        7.2.2 实验仪器第97页
        7.2.3 PANI-Ag同轴纳米电缆阵列制备及性能测试第97页
        7.2.4 不同长度的PANI-Ag 同轴纳米电缆阵列的制备第97-98页
    7.3 电容性能第98-101页
        7.3.1 循环伏安测试第98-99页
        7.3.2 比容量与放电电流的关系第99页
        7.3.3 比容量与长度的关系第99-100页
        7.3.4 比容量与PANI层厚度的关系第100-101页
    7.4 交流阻抗测试第101-106页
    7.5 小结第106-107页
第八章 基于聚苯胺-Ag同轴纳米电缆阵列的传感器第107-115页
    8.1 引言第107-108页
    8.2 实验方法第108页
        6.2.1 实验药品第108页
        8.2.2 纳米电缆阵列传感器性能测试第108页
    8.3 PANI-Ag同轴纳米电缆阵列的电化学性能第108-109页
    8.4 PANI-Ag同轴纳米电缆阵列传感器对多巴胺的性能的测试第109-111页
    8.5 PANI-Ag同轴纳米电缆阵列传感器对维生素C的性能的测试第111-113页
    8.6 小节第113-115页
第九章 结论第115-118页
参考文献第118-126页
发表论文及参加科研情况说明第126-127页
致谢第127页
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