基于氧化铝模板的阵列纳米结构制备研究及相关磁性表征
纳米结构体因具有许多新颖的物理、化学及生物特性而引人注目。纳米结构体在空间上排成平面阵列后，在许多领域，如磁记录材料、微电子学、光电子器件及生物探测器等，具有潜在的应用前景。一些阵列纳米结构体的制备方法应运而生，包括印刷法、自组装法、模板法等。
本论文结合物理气相沉积(PVD)、离子束铣（Ion Beam Milling，IBM）和化学气相沉积(CVD)技术，开展了一系列以多孔铝阳极氧化膜(AAO)为模板的阵列纳米结构制备研究。涉及到的阵列纳米结构包括Fe纳米反点、Fe纳米环、Au和Ni纳米点及碳纳米管。其中，以纳米环和纳米点阵列的制备方法设计为重点，解决了制备中的均匀性、大面积和尺度可控性等问题。用电子显微镜研究了所得纳米阵列的形貌与结构。对Fe纳米反点阵列和纳米环的相关磁性进行了表征，对碳纳米管在高温退火条件下的结构变化也做了表征。
采用磁控溅射沉积技术在AAO模板上制备了直径可控的Fe纳米反点阵列。电子显微镜表征发现浅孔内具有环状结构。受反点的磁偶极场的影响，纳米反点阵列的水平磁性与连续薄膜大不相同，表现为增大的矫顽力和减小的剩磁比。另外，当反点直径较小（<50 nm）时，H0随直径的增大而增大。
在纳米反点阵列制备的基础上，结合IBM技术，设计了大面积制备长径比、外径及密度可控的纳米环阵列的方法。应用此方法，长径比为0.8～4的Fe纳米环阵列被成功制得。基于AAO中Fe纳米环的结构特点建立微磁学模型，模拟发现当Fe纳米环在外径Dout较小（10nm左右），长径比>2时，表现出较强的垂直磁各向异性，此时轴向单畴磁化态较为稳定。在Dout>240nm，长径比<0.5的区域内，涡旋态的稳定性较高。
在纳米环阵列制备的基础上，进一步结合高温退火技术，设计了大面积制备直径及密度可控的纳米点阵列的方法，并以此方法制得了高度均匀且直径、密度可控的Ni、Au纳米点阵列。
采用热CVD技术以AAO模板制约生长方式制备了碳纳米管阵列。表征发现碳纳米管直径、长度、密度及管壁形貌完全受控于AAO模板，其管壁结构为无定形碳和石墨纳米晶组成的混合结构。高温退火后(1750～2400℃)，管壁的晶化程度明显提高。
- 作者：
- 王森
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 粒子物理与原子核物理
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2005年
- 导师姓名：
- 巩金龙
- 中图分类号：
- TB383
- 关键词：
- 阵列纳米结构；氧化铝模板；制备工艺；磁性表征
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