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一维多节多组分纳米线阵列的组装及其磁性能研究

摘要

一维多节多组分纳米线因其独特的电磁特性，更高的催化活性以及巨磁电阻效应等特点在近些年被广泛关注与研究，广泛应用于生物传感器、光电子元件、复合金属材料、光学材料及催化剂等领域。本实验使用电化学沉积法，利用AAO模板制备了多种多组分多节纳米线阵列，并对制备所的样品进行本体性能表征和磁性能表征测试，研究几种多节多组分纳米线阵列的结构特点与其和磁性能表现的关系。结果表明：成功制备了多节多组分纳米线阵列，且都表现出较强的形状各向异性，所制得多节纳米线的易磁化轴方向都垂直于纳米线，5次循环的纳米线磁性能表现优于2次循环的纳米线。

关键词：纳米线电化学沉积AAO模板磁性能

第一章文献综述

1.1纳米材料简介

至少在一个微观维度上的大小和尺寸介于1~100nm的结构在通常上被我们称为纳米结构，它一般以各种纳米大小的物质单位为其基础，并包括了各种纳米颗粒、纳米线、纳米棍、纳米管以及各种纳米连接带等。纳米技术和纳米材料自上世纪八十年代以来一直活跃在各个领域，取得了显著成果，被许多科学家们纷纷关注，并从上世纪九十年代引起人们的重视，并逐步快速取得了新进展。在上世纪九十年代的初期，仰仗于扫描探针显微镜技术的发展，我们已经可以通过使用探针来移动原子大小的单位来组成并观察到我们想要的图案。诸如生化、生命科学、电子、材料科学等领域都因纳米材料的诞生而焕发了新的活力，这是因为许多材料的物理性能及化学性能皆因材料在纳米范围内的尺度导致的大小变化而发生了改变，这一独特的技术逐渐渗透进了各种器件及应用领域。纳米科学与技术的诞生开启了纳米材料研究的大门，它不仅拓宽和延伸了人类探索世界和探索宇宙本源的范围，同时还开辟了人类认识和改造大自然的新途径。

纳米粒子既因为具有流体表面活动能高、比原子表面积大、表面能比原子能量体积小和占比大等诸多优势，还因为它们同时具有各种微观物质的表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等多种特性而引起了大量的科研人员们特别的关注，这些性质会直接导致它们能够产生不同于一般化学常规粒子材料的流体力、热、光、电、磁等等多种宏观力学性能。

纳米材料不仅在电学、生物传感器、光电子元件领域，还在新型能源、电催化、微生物学等领域都已经有着十分广泛和深入的应用，并因此发展成为了一种极具应用前景和发展前景的纳米结构。

自碳纳米管发现以来，一维纳米材料得到了迅速的发展和进步，包括金属、合金、氧化物、碳和半导体在内的许多原料都可以被制备成为一维纳米结构。纳米材料可以根据维数或结构分为四类：零维纳米材料（纳米颗粒等）、一维纳米材料（纳米棒、纳米线、纳米管、纳米电缆）、二维纳米材料（纳米多层薄膜、单层石墨烯等）及三维纳米材料（介孔材料、多孔材料等）。

图1.1纳米材料按维数分类示意图

纳米技术是研究电子、原子、分子的运动规律及其具体特性的高新技术的一类科学，其发展和进步很可能会对整个行业，乃至整个社会产生弥足深重的影响。纳米材料的广泛研究不仅使得人类探索宇宙追寻真理的道路愈发宽广，还为今后的理论研究与技术创新揭开了崭新的篇章，纳米材料与纳米工艺与技术是二十一世纪科学界进行理论研究与应用发展的一颗新星，纳米技术或将不断向上发展，成为人类科研道路上的一块里程碑。

1.2纳米线技术简介

纳米线作为一种常见的一维纳米材料，具体可解释为直径大致介于10~100nm且其长度最大甚至可以超过微米数量级的线性纳米材料，其特点是它在物理上具有高度规整的表面结构和晶体形状，自上世纪九十年代碳纳米管

（CNTs）的发现，纳米线和纳米管技术就已经开始广泛地受到了人们的重视以及关注，之后便在近年来的科学技术领域和实践中逐渐占据了非常重要的地位。而且纳米线和其他纳米颗粒相比，不但在反应中保留了其他纳米颗粒的小规模尺寸效应，使其能够具有更高的催化活性，而且还在反应中引入了一种宏观的特性，可以把它很好地从整个反应环境中分离出来。

由于其独特的电磁特性，金属纳米线的高度有序排列有望在互连材料和高密度磁存储器件中发挥重要作用。例如，Lederman等人[1]首先提出，一种图像化的磁性材料纳米线矩形阵列器件可以用来作为一种高密度的记录媒体，其记录的密度在100gbit/in磁铁矿量级上，由于其固有的半金属铁磁性，在各种自旋电子元件中也具备潜在的应用。纳米线的沉积是一种很有前途的技术，它可以将纳米线集成到定义良好的结构中有序模板。

下面介绍三种典型的纳米线：金属纳米线，聚合物纳米线、氧化物纳米线。

1.2.1金属纳米线

近年来已有许多人用各种方法制备了许多不同的金属纳米线，例如：Au、Ag、Cu、Si、Pb等，Xia[2]等还归纳整理了一些一维纳米材料的具体合成方法。金属纳米线比