Part 4
模板孔道形状整齐,孔密度较高,孔径可从几十纳米到
几微米。
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纳米孔模板
(5) 多孔硅酸盐 (6) 纳米多孔单晶云母
Part 4采用高Leabharlann 粒子轰击云母片产生一定深度的粒子痕
迹,而后用20 %的氢氟酸刻蚀即得多孔单晶云母 (nanoporous single crystal mica film) 模板。
采用电化学刻蚀的方法在单晶硅表面形成多孔硅,其
孔径约3 nm。在该模板上沉积5 nm 铁层,然后采 用化学气相沉积可制备碳纳米管阵列。
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纳米结构模板
(1) 生物模板 许多生物体结构单元在纳米范围,如DNA 分子是直 径约2 nm 的双螺旋体,且具有线型、环型等拓朴结
模板法的优点：
(1) 多数模板不仅可以方便地合成,而且其性质可在广泛范围内精确调 控； (2)合成过程相对简单,很多方法适合批量生产； (3) 可同时解决纳米材料的尺寸与形状控制及分散稳定性问题； (4) 特别适合一维纳米材料, 如纳米线(nanowires ,NW) 、纳米管 ( nanotubes , NT) 和纳米带(nanobelts) 的合成。
Thank you
Part 4
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
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聚集体模板
相对于上面所述的硬模板(hard template) ,聚集
体模板也称作软模板(soft template) ,常用的有溶致 液晶、胶团、反胶团、囊泡等。 硬模板和软模板都能够提供纳米尺寸的反应空间, 所不同的是软模板的孔道是动态的,物质可以通过腔 壁扩散进出。
(AAO) 是通过电化学氧
化的方法在纯铝表面形 成的具有高度规整结构
的 氧 化 铝 薄 膜 。
在0. 3 mol dm- 3草酸溶液中制备的多 孔氧化铝模板
用AAO 模板采用电沉积法制备金纳米线阵列的过程
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纳米孔模板
（2）痕迹刻蚀聚合物模板 （TEPM）
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子链,该链可相互结合成直径2 —100nm的线束 (nanowire bundles) 。该链具有还原性,可直接还原
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沉积金属离子( 如AuCl4 、Ag+ 、PtCl42-、
PdCl42- ) ,而模板本身被氧化成Mo3Se3 而溶解。
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纳米结构模板
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与AAO 模板相比,该模板底 部无阻挡层,可直接与底材电流 接触,便于采用电化学沉积法制 备纳米材料。
自组装双段共聚物模板的制备过程
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纳米孔模板
(4) 纳米孔玻璃 将经过酸刻蚀处理的玻璃丝堆积成束,经高温拉伸形成 纳米孔,即得纳米孔玻璃( nanochannel glass)。该
用核裂变碎片轰击6 — 10μm 厚的聚碳酸酯、聚 酯或聚乙烯醇等高分子膜, 使膜出现损伤,然后用化学 法使损伤痕迹腐蚀发展成 纳米孔道即得痕迹刻蚀聚 合物模板。
聚碳酸酯聚合物模板
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纳米孔模板
(3) 共聚物模板(copolymer templates) 将直径14 nm的六方柱形聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 堆积于聚苯乙烯( PS) 母体中,放在导电基材上施加 30 —40 Vμm- 1 的直流电场,在165 ℃保温14h ,冷 却后用紫外光照射,草酸溶解,可得孔径14 nm、厚 1μm、孔密度119 ×1011 cm- 2的自组装双段共聚 物模板。
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目前，研究的重点已经转移到碳纳米管 的较大批量生产及其应用领域。
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引言：
20 世纪80 年代美国科罗拉多州立大学化学系Martin 教授领导的研究组首创性地将模板法应用于纳米材料的 合成。 纳米材料引起人们广泛的兴趣,模板法也因而发展成为 最重要的纳米材料合成方法。
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晶面台阶模板
采用晶面台阶合成纳米材料的方法主要用于合成
纳米带(nanobelts) 和纳米带阵列。 晶面台阶模板法的基本原理是金属或其它材料可 在单晶表面的原子台阶上进行选择性沉积。
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模板合成的未来发展
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模板在纳米材料合成中的应用
邹芸珂
41070094 金融102
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引言：
自Krolo和Smalley于1985年发现碳纳米管,以及NEC 公司电镜专家用电弧法制作C60时生产出第一根碳纳米管 以来，在世界范围内掀起一股碳纳米管热。 到目前，关于碳纳米管本身特性及生产方法的研究已取 得重大进展．开始进入到碳纳米管批量生产及碳纳米管 的广泛应用方面。
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运用
模板制
备特殊 性质的
将模板合成与
分子自组装等技
术结合,制备具有
Conclusion
开发新型模板 必
将是纳米材料合
导电聚
合物 仍
是具有 挑战性 的工 作。
特殊结构和性质
的纳米材料将是 今后纳米材料制 备的另一个热 点。
成中长盛不衰的
主题之一。
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构；烟草花叶病毒是长300 nm、直径18nm 的棒
状体。这些具有纳米形貌的物质都可作为生物模板 (biological template) 。
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纳米结构模板
(2)MMo3 Se3 模板
将MMo3 Se3 溶于极性溶剂可形成长的[Mo3Se- ]n 分 3
超顺磁粒子悬浮体在磁场下形成的柱状结构
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传统的模板一般为绝缘体,有关金属纳米孔模板的研究和 报道还非常少见,实际上在金属孔道阵列中制备半导体纳米 点、纳米线阵列,有可能在显示、储存、催化、光电转换等 领域有重要的应用前景,因此有必要进一步开发新型金属模 板。 另外,模板合成中最具有挑战性的工作之一是如何复制模 板。采用模板法制备功能化纳米阵列,合成纳米功能模块在 用于电子工业时其完全相同的结构是进行规模化生产的前 提。 目前所有已知的孔道阵列模板都是独立合成 的,虽然自身 具有足够的规整性,但两个模板之间却毫无对应关系可言,更 达不到在原子或纳米级完全复制模板 的要求。
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模板合成是公认的合成纳米材料及纳米 阵列(nanoarrays) 的最理想方法。
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模板合成(template synthesis) ：
将具有纳米结构、价廉易得、形状容易控制的物质作为模子 (template) ,通过物理或化学的方法将相关材料沉积到模板的孔中或表 面,而后移去模板,得到具有模板规范形貌与尺寸的纳米材料的过程。
模板既是模板合成的物质基础又是控制合成
纳米材料形貌和性能的重要途径,因此开发性能
优良、适合批量生产 的新型模板 将是模板合
成重要的研究内容之一。
另外,由于模板合成的独特优势,其在纳电子
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线路制作 和纳电子学 研究领域必将发挥更大
的作用。
目前已开发的模板要满足大规模、均一性的要求还有 相当难度,特别是合成游离(free2standing) 、均一性、长的 纳米线 和制备纳米管的方法还十分匮乏。
然而在模板的孔道或表面合成纳米材料后, 如何去除模 板也是必须考虑的问题,溶剂溶解、化学溶解、煅烧等方 法往往很难保证在去除模板的同时不对所合成的纳米材 料的形貌和性质产生不良影响。
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解决方法之一就是寻找一种模板,在需要时可以以具有 规则形貌和有序结构的形式出现,不需要时可方便地转化 为小的容易去除的微粒。 Doyle 等人发现在均一、恒 定磁场作用下,超顺磁性粒子 ( super2paramagnetic particles) 可自组织为固定 的、准一维结构的柱状序列, 而一旦磁场关闭这些粒子会立 即恢复为液态悬浮体系,这为 实现上述设想提供了可能。
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纳米孔模板
(7) 光致刻蚀图形模板
用光致刻蚀的几何图形作模板,使聚合物胶粒流过
时被模板捕获,可合成具有复杂形状的聚集体 (complex2shaped aggregates) 。
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纳米孔模板
(8) 多孔硅模板
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性能优异的模板是模板合成的关键。
用于合成纳米材料的模板多种多样,大致可分为：
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纳米孔模板
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纳米结构模板
软模板
晶面台阶模板
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纳米孔模板
(1) 多孔阳极氧化铝膜
多孔阳极氧化铝膜
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(3) 碳纳米管
碳纳米管(carbon nanotubes) 是一层或若干层石墨碳原子卷
曲形成的笼状纤维,可由直流电弧放电、激光烧蚀、化学气 相沉积等方法合成,直径一般为014 —20 nm ,管间距0134 nm 左右,长度可从几十纳米到毫米级甚至厘米级,分为单壁碳纳 米管( single2walled carbon nanotubes) 和多壁碳纳米管 (multi2walled carbon nanotubes) 两种。