（材料物理与化学专业论文）基于磁场调控化学沉积进行金属纳米结构制备的研究.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 随着微电子学的快速发展，具有小功耗、快速、高集成度特征的纳米电子器件作为下一代器件 而备受关注。如何有效方便的制备出纳米结构是制备纳米电子器件的第一步，也是其关键所在。纳 米尺度的磁性材料，由于其在高密度磁存储、磁性传感器以及低维体系中探讨磁现象基本规律等方 面有着广泛的应用前景而引起人们的极大兴趣与关注。 本文提出了在磁场诱导的作用下，利用选择性化学沉积制各纳米结构的新方法。本文的主要工 作如下： l 、通过无模板法在磁场诱导下利用溶液中镍离子与联胺的氧化还顾反应机理制备得到了金属镍 的纳米线。对制备得到的镍纳米线迸行形貌结构与磁学性质的表征。在普通光刻工艺制各的金电极 上，利用基于分子组装的镍选择性化学沉积方法获得镍电枧，再将镍纳米线通过磁场诱导组装获得 连接电极对的纳米结构 2 、结合磁场诱导与选择性化学沉积，在微米级间隙金电极界面上原位生长镍纳米线。通过对条 件的选择优化，得到了镍纳米线阵列结构和镍纳米间隙电极。对制备的各种纳米结构形貌运用s e m 及其e d x a 能谱分析系统等进行了表征。 3 、以分子自组装膜的掩模紫外曝光图形为模板，垂直磁场诱导下运用选择性化学沉积制备镍金 属微图形。通过运用t e m 、s e m 及其e d x a 能谱分析系统等对产物进行形貌表征和结构分析。结 果表明，通过外磁场的诱导作用，制备的微图形能够较好复制掩模板的形貌，且图形薄膜更为均匀 致密，颗粒大小均一，进一步表明这种方法具有较好的限域沉积效果和分辨率。 本文结合磁场诱导与选择性化学沉积，发展了一种新型的制备磁性金属纳米结构的方法，该方 法简便易行、适用性广为纳电子材料与纳米结构的制备、有序组装及纳电子器件的发展起到推动 作用。 关键词：镍纳米结构，化学沉积，组装，磁场 查堕叁兰堡! 兰些堡苎 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fm i c r o e l e e t r n n i ct e c h n o l o g y , t h es t u d yo fn a n o e l e c t r n n i cd e v i c e s , w h i c h h a v el o w e rp o w e rc o n s u m p t i o n ，f a s t e rs p e e d ，h i g h e rd e n s i t yo fm e m o r ya n di n t e g r i t y , h a sb e e nah o ts p o t m o r ea n dm o r ei nt h es c i e n t i f i cc o m m u n i t ya n dn a n of a b r i c a t i o n f a b r i c a t i o no fn a n o s t r u c t u r e si st h ef i r s t a n dt h em o s tc r u c i a ls t e pt os u c c e s s f u l l ym a k el l a n od e v i c e s r e c e n t l y , o w i n gt ot h ed i s t i n c t i v ep r o p e r t i e s ， m a g n e t i cn a n o m a t e r i a l sh a v eb e e na t t r a c t i n gi n t e n s i v ei n t e r e s tb e c a u s eo ft h e i rp o t e n t i a la p p l i c a t i o ni n h i g h - d e n s i t ym a g n e t i cr e c o r d i n g ，m a g n e t i cs e n s o r sa n da d d r e s s i n gs o m eb a s i ci s s u e sa b o u tm a g n e t i c p h e n o m e n ai nl o wd i m e n s i o n a ls y s t e m s i n t h i st h e s i s ，w ed e s c r i b ean o v e lm e t h o dt of a b r i c a t em a g n e t i cn i c k e ln a n o s t r u c t u r e sb ys e l e c t i v e c h e m i c a ld e p o s i t i o nu n d e ra i le x t e r n a lm a g n e t i cf i e l d t h em a i nc o n t e n t so f t h i st h e s i sa r ea sf o l l o w i n g ： i as i m p l em e t h o dh a sb e e nd e v e l o p e dt of a b r i c a t eo n e d i m e n s i o n a lm a g n e t i cn a n o w i r e s o f p o l y c r y s t a l l i n en i c k e lu n d e rm a g n e t i cf i e l d b a s e do ns o l u t i o nr e d u c t i o nr e a c t i o no f n i “，m e t a l l i cn i c k e li s d e p o s i t e da n ds y n c h r o n o u s l ys e l f - a s s e m b l e di n t oc h a i n sw i t ht h ea s s i s t a n c eo fm a g n e t i cf i e l d t h e n ，t h e n i c k e ln a n o w i r e sw e r ea s s e m b l e db e t w e e nt h em a g n e t i ce l e c t r o d ep a i r sb ya l le x t e r n a lm a g n e t i cf i e l d 2 an o v e lm e t h o dt of a b r i c a t em a g n e t i cn i c k e ln a n o s t r u c t u r e so n t ot h ei n t e r f a c eo fg o l de l e c t r o d e p a i r si sp r e s e n t e db ym a g n e t i cf i e l d a s s i s t e ds e l e c t i v ec h e m i c a ld e p o s i t i o no fn i c k e l n a n o w i r ea r r a y sa n d n a n o g a pe l e c t r o d e sw e r ec o n t r o l l a b l yf o r m e du n d e ro p t i o n a lc o n d i t i o n a l t h er e s u l t sa r ea n a l y z e db ys e m a n de d x a 3f a b r i c a t i o no fm e t a lm i c r o p a t t e mh a sb e e na c h i e v e db ys e l e c t i v ec h e m i c a ld e p o s i t i o nu n d e ra i l e x t e r n a lm a g n e t i cf i e l d w i t ht h et e m p l a t eo fp h o t o l i t h o g r a p h i cp a t t e r no fs e l f - a s s e m b l e dm o n o l a y e r s , t h e o b t a i n e dn i c k e lp a t t e mc l o s e l yr e p l i c a t e dt h em a s kf e a t u r e s c o m p a r e dw i t ht h a to fd e p o s i t i o nw i t h o u t m a g n e t i cf i e l d ，t h i sm e t h o dc a l lc r e a t em o r eu n i f o r ma n dc l o s e l ym e t a lm i c r o s t r u c t u r e r e s u l ta l s oi n d i c a t e d t h ei m p o s e dm a g n e t i cf i e l di sh e l p f u lt oi m p r o v et h ep a t t e r nr e s o l u t i o na n ds e l e c t i v e l y w i t ht h ec o m b i n a t i o n o fm a g n e t i cf i e l d - i n d u c t i o na n ds e l e c t i v ec h e m i c a ld e p o s i t i o n ，w eh a v e d e v e l o p e dan o v e lm e t h o dt of a b r i c a t em e t a l l i cn i c k e ln a n o s t r n c t u r e s t h i sm e t h o dc a na l s ob ea p p l i e d i n l l a n of a b r i c a t i o no fo t h e rm e t a l s t h i si so fg r e a ts i g n i f i c a n c ei nf a b r i c a t i o na n do r d e r e ds e l f - a s s e m b l yo f n a n o s t r u c t u r e s f u r t h e r m o r e ，i ts h o w sp o t e n t i a li np r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to f n a n o d e v i c e k e y w o r d s ：n i c k e ln a f l o s t r u c t u r e ，c h e m i c a ld e p o s i t i o n ，s e l f - a s s e m b l y ，m a g n e t i cf i e l d l l 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：鳐旦兰趔日期： 如口多，；。塔 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的 内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅， 可以公佃( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学 研究生院办理。 研究生签名：鲤盛盥：j 导师签名：日期 、m 人。坝l 一7 ， 0 论殳 第一章绪论 i 10 i 苫 纳米科学是研究纳米尺度范畴( 1 - i o o n m ) 原子、分子和其他类型物质运动和变化的科学，而在 同样尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术则为纳米技术。纳米科技的深刻内涵不仅是 尺度的纳米“化”而是纳米科技使人类迈入一个崭新的微观世界，在此世界中物质的返动受量子原理 的土宰。纳米科技是基丁纳米尺废的物理、化学、生物学、材料、制造、信息、环境、能源等多学 科构成的一个新兴的学科交义体系。其内涵极其丰富，包含理工、人文学科的交义，甚至法律、社 会伦理道德。纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点，去制造具有特殊功能的产品。因此，纳 米器竹的研制和应用水平是进入纳米时代的重要标志。如前所述，纳米技术发展的一个主要推动力 来自于信息产业。为制造具有特定功能的纳米产品，其技术路线可分为“自上而下”( t o p - d o w n ) 和“自 下而上 ( b o s o m u p ) 两种方式“白上而- 卜”是指通过微加1 = 或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的 功能产品微型化；而“自f 而上”是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和纽装。 从而构筑成具有特定功能的产品。 过去半个多世纪的历史表明，电子器什的发展对人类社会的进步起着巨人的推动作用，从真空 电子管的发明到晶体管的出现，从集成电路的诞生到大规模集成电路、超大规模集成电路的广泛应 用，每一代小型化屯子器件的出现都带来了电子技术的革命，推动了电子科技的迅速发展，也促进 了其他科技和卒十会生产的进步。如今。在微电子学的发展过程中为了进一步提高器件的集成度和 速度，降低器件的功耗，需要不断的减小器件的特征尺寸。 近些年来，由下一维纳米结构材料，如纳米管、纳米棒和纳米线奇特的物理性质和在纳米器件 方面潜在的应用，纳米科技工作者对这种取向生长或具有特殊几何形貌的纳米固体研究表现出广泛 的艾注。由于这些材料奇特的物理化学性质随着它们尺寸的减小和比表面积的增人而变化，人f j 在 研究其磁学、电学、光学性质方曲进行了人量的上作l “。 1 2 一维纳米材料 一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度为宏观尺度的新型纳米材料。与体材料相比， 维纳米材料冈尺度减小会出现各种物理现象例如链子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应，库仑 阻塞及量子隧穿效应等，研究一维纳米结构材料将有助于揭示低微材料的物理本质，有助于开发应 东南大学硕士学位论文 h j 。如何有效方便的制备出相笑的一维纳米结构是第步，也是其关键所在早在1 9 7 0 年法国科学 家就首次研究出直径为7 r i m 的碳纤维。1 9 9 1 年日本首次用高分辨电镜发现了碳纳米管。我国科学家 解思深等人实现了碳纳米管的定向生长，并成功合成了世界上最长的碳纳米管碳纳米管的研究。 扭动了准一维纳米材料的研究。近1 0 年里，人们利_ l j 各种方法义陆续合成了多种准一维纳米材料 如纳米棒、纳米线、i ，导体纳米姑子线、纳米线阵列等。经过许多科学i ：作者的不断探索，在实验 室可以制备山各种一维纳米材料，并且有效控制材料的直径和长度以及在基底上的有规排列。其合 成方法主要有：( 1 ) 模板法。常作为模板的材料有纳米碳管和多孔氧化铝。前者常用来合成碳化物和 氮化物维结构，后者常用来制备金属单质和硫化物纳米线。( 2 ) 晶体的气一固( v a p o r s o l i d ) 生长法。 多用来生k 氧化物纳米线。( 3 ) 电沉积法。多与模扳法结合使用。( 4 ) 激光烧蚀与晶体的气一液一固生 长法相结合生长i v 族半导体纳米线。( 5 ) 金属有机化合物气相外延与晶体的气一液一固生长法相 结合，生长i i i v 族化合物半导体纳米线。( 6 ) 溶液一液相一固相生长法制备l i i v 族半导体纳米线。 ( 7 ) 商濉激光蕉发法制各辑纳米线。( 8 ) 简单物理蒸发法制备碎纳米线。( 9 ) 高温气相反应合成g a n 纳 米单晶。( 1 0 ) 纳米尺度液滴外延法合成碳化硅纳米线。( 1 1 ) 溶胶一凝胶与碳热还原法合成碳化硅和氮 化硅纳米线等f 2 】。 制成了各种一维纳米材料仅仅是跨出了第一步，将这些一维纳米材料与器件连接和集成起来将 是科学家们接下来面临的更为严峻的考验。一维的纳米材料具有连线功能，是解决纳电子线路相互 近线问题的天键。这主要包括两个方面的问题：( 1 ) 、如何将一维的纳米材料有效的迎接剑纳米器 件上。迄今为止，有机分子器件已经连接到了由平板印刷术制造的普通金属线上。用纳米线取代普 遍的金属导线并不是太容易，因为目前的技术无法保证实现良好的电气连接而又不损坏这些细微的 纳米线。如果将纳米线和纳米管的连线功能和器件功能相结合，既作器件又当连线，可能可以解决 这一问题。( 2 ) 、一旦将纳米线连接到器件上，如何将纳米线进行二维甚至是三维的有序排列。 1 3 纳米材料的组装 纳米阵州缩构是通过对高度有序的纳米结构模板进行人工组装( 纳米颗粒、丝、棒，管) 得到的新 的纳米结构。纳米阵列在制备科学上占有极其重要的地位。一方面，它体现了在纳米尺度上制备大 规模的纳米结构单元的精巧和难度；另一方面，纳米阵列结构是纳米元器件的设计和应用的基础， 它们将在构筑纳米电子、光电子、磁光纪录、纳米传感等器件和集成线路及功能性元件的进程中充 当非常重要的角色。同时它也为新材料的合成带来新的机遇，为研究新的物理化学现象提供新的对 象。大规模地控制纳米线的形状和尺寸的均匀性被认为是纳米材料制备上最重要的，也是最具有挑 2 东南大学硕士学位论文 战性的研究课题。近年来，经过各国科学家们的不断努力探索，已成功地利用各种方法制备出了金 属、非金属、合金、氧化物、半导体、硫化物、氮化物、稀土化合物等多种纳米阵列。由此可见， 纳米阵列是当前纳米材料研究的热点问题之一。为此研究者们提出了很多新的制备方法。 其中介电泳的方法是使用较多的一种方法。主要是利用金属粒子在外加电场中引发的偶极作用 而形成纳米或者微米级的结构。电场大小、电场频率、粒子大小和浓度以及电解液浓度是形成这种 一维结构的影响因素。这种方法可以比较方便地实现一维纳米结构在平行于衬底的方向上平行定向 生长和排列。 d o n a l dt h a y n i e 3 增人利用外加的交流电场在平行板电极之间自组装形成了钯的一维纳米线。 这种一维纳米线沿着电场所在的方向进行生长并且整齐排列。形成的钯的一维纳米线直径约为 1 0 0 r i m ，在间距分别为1 0 、1 5 、2 0 、2 5 p m 的平行板双电极结构中形成了连接电极两边的纳米结构。 研究人员还研究了形成的这种一维结构的电学性质。如图1 - 1 所示。 图l 一1 利用介电泳方法组装前后纳米结构的s e m 形貌照片 b a r r yk m a r l o w l 4 1 等人发现胶体金颗粒可以通过利用交变电场诱导组装形成纳米或微米级的一 维结构并研究了在不同的电场区域形成的一维结构在形貌上的差异。如图1 - 2 所示。w o l f g a n g f r i t z s c h e l 5 1 等人通过外加电场在微双电极间隙中形成了连接电极两端的胶体金的纳米线。并研究了这 种连接电极两端的胶体金纳米线的电学性质。结果如图1 3 所示 东南大学硕士学位论文 图1 - 2 介电泳制备纳米结构的示意图 和得到的纳米结构的s e m 形貌照片 图1 3 利用介电泳在双电极间隙 中得到的连接电极的胶体金的纳米线 j u nj i a o 1 等人首先通过分解法制备得到了单晶的n i s i 纳米线。然后再利用外加的电场将这种纳 米线组装到加工好的双电极结构中，并研究了其组装过程和组装机理，还对最终得到的纳米结构的 电学性质进行了研究分析。如图1 - 4 所示。 图1 - 4 ( a 、c ) n i s i 纳米线在p t 双电极中的排列结果； ( b ) 纳米线在双电极上排列的原理示意图 另外还有很多类似的研究，比如o r l i nd v e l e v 7 和d a v i dm s c o t t l 8 1 等，并取得了很好的结果。 4 东南大学硕士学位论文 利用不同的模板也可以比较方便地实现一维纳米结构在垂直于衬底方向上的竖直定向排列，也 可以用模板来制备平行于衬底方向上的平行定向排列的一维结构。研究者使用的模板主要包括有序 多孔氧化铝模板、碳纳米管、聚合物等。 自m a s u d a 等人1 9 成功制备出了有序多孔氧化铝膜以来，用多孔氧化铝膜为模板进行合成组装纳 米结构材料成为纳米材料领域中研究的一大热点多孔氧化铝膜具有孔洞有序、平行排列、孔径可 调、孔密度高等优点，以多孔氧化铝膜为模板已成功组装出聚合物 1 0 , i i l 、半导体0 2 1 、金属【1 3 】及碳纳 米管1 4 l 等多种纳米阵列。模板法合成纳米阵列的方法主要有电化学沉积【】5 l 、化学沉积【i “1 9 、化学聚 合【2 0 】、溶胶一凝胶法【2 l 】及化学气相沉积法( cvd 法) 口2 1 等。 其中气相沉积( c h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n 简称( c v d ) ) 是近3 0 年来迅速发展起来的材料表面改 性技术，它是利用气相之间的反应在各种材料或制品表面沉积一层薄膜，赋予材料表面一些特殊 的性能。它可以提高材料抵御环境作用的能力，如提高材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性；它还 可以赋予材料某些功能特性，包括光、电、磁、热、声等各种物理和化学性能。因此，化学气相沉 积制膜技术被广泛应用于机械制造工业、冶金工业、光学工业、半导体工业等领域。 气相沉积法是在相当高的温度下。混和气体与基体的表面相互作用，使混和气体中的某些成分 分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。c v d 镀层可用于要求抗氧化，耐磨、 耐蚀以及某些电学、光学和摩擦学性能的部件。现在，越来越受到重视的一项应用是制备难熔材料 的粉末和晶须，因此，c v d 法在发展复合材料方面也具有非常大的作用。 b u e o n g - k w o nj u f 2 3 1 等人采用气相沉积法结合模板法成功制备了连接在双电极上的碳纳米管，其 中制备的碳纳米管有直线型和“y ”型两种。这种结构可以应用到分子尺度的电子器件中。其结果如图 1 5 所示。 图i - 5 利用气相沉积法制备的连接双电极的碳纳米管的典型s e m 照片 5 东南大学硕 。学位论文 另外还有一些其它的方法，比如伽等人【2 4 1 利用电化学刻蚀和沉积的方法制备出具有原子级直径 的金属线和分子尺度的间隔，发现吸附在金属线上和处于分子尺度间隔的分子会导致量子化电导下 降剑部分鼍子化能级上。p e n n e r 等人脚矧在高聚物薄膜上制备出可作为h 2 传感器的p d 纳米线。当h 2 吸附在p d 纳米线晶格上时，p d 纳米线上晶格短节会被还原，导致纳米线电阻的改变，其电阻依赖于 h 2 的浓度。除了金属纳米线，半导体纳米线同样可以作为化学和生物传感器。l i e b e r 小组【2 7 1 将表面 修饰过的半导体纳米线作为p h 和生物物种的高灵敏、实时传感器。l i e b e r t f 组中h u g 等人利用流体 流动手段组装山了纳米电路【2 8 】。采用乙醇和其它溶液作为流体，将纳米线拉制成直线，在聚合物模 块中的梢中控制液体的流动，形成在某一层面上沿一定方向的枰l 平行排列的纳米线。然后改变流体 的流动方向，再布下另一系列的纳米线，这样就可以在三维方向上布置具有一定功能的纳米器件阵 列。 1 4 磁场诱导在纳米结构制各中的应用 一维磁性纳米材料囚其显髫的特性一直受剑人f f j 的特别关注。如排列磁性纳米棒的吸引入之处 是它可以用于磁性垂直记录材料。最新研究表明，磁性纳米线在生物医学领域也有特殊用途，特别 是采用磁性镍纳米线来分离哺乳动物的细胞( 如老鼠纤维原细胞) 比磁性纳米颗粒还要高。这是因为 磁性纳米线的高长径比而具有很强的各相异性，使其在低磁场下具有比较大的剩磁，而超顺磁颗粒 则完全没有剩磁。另外磁性纳米线在低磁场下排列成有序的结构，可用于控制细胞按照需要的几何 图形生长繁殖，这为制备新型人工器官打下了基础。因而如何制备一维磁性纳米材料正在成为研究 的热点。现在已经有几种方法被用来制备这种材料。如阳极氧化铝做硬质模板是一种很有效的电沉 积方法，可以制备磁性金属及合金的一维纳米材料。但这种方法合成的纳米线由于受模板结构的限 制，其长径比不高，直径也比较粗，而且只能产生多晶的纳米线。另外，采用卵磷脂等软模板或氧 化还原方法则很容易形成针状颗粒，而且模板成分也很难去除。然而由于磁性材料具有独特的磁学 性质，并拥有易磁化轴。以f e 。仉为例，其易磁化轴为 1 1 1 和 1 1 0 方向，而n i 的易磁化轴为 1 1 1 方向。所以，外加磁场的介入有可能使它们沿着易磁化轴方向生长，从而取向生长，形成一维纳米 结构。因此，研究磁纳米微晶在外磁场下的生跃与自组装行为有重要意义。 近十几年，外磁场被引入到各种各样的化学合成过程中，用来制备纳米结构。并且在物理和化 学界逐渐受剑广泛的重视。 i ) 外磁场在化学合成过程中可以改变产物的形貌，尤其是在电化学沉积方面取得了较大的成果。 c o e y 等人在用电化学沉积铜时引入了一个均匀磁场，当磁场与电解池成不同的角度时，在电解基质 6 东南人学硕士学位论文 上沉淀的铜的形貌有所不同i ”1 。葛世惠比较了磁场对沉阶在聚碳酸酩基质上钴形貌的影响：磁场 _ 卜电解的产物是钴纳米线，而无磁场电解的产物是形状不规则的钴颗粒p l m l 。l n a r e 等人利用磁场制 备出分形( f r a c t a i ) 树枝状( t e i i k c ) 钴单质和镍单质f ”。值得注意的是b o d e n 等人在p h y s r e v l e t t 和 最近的p h y s r o y e 杂忠j ：相继报道了0 ：电化学沉积单质铁的实验中外加磁场发现了磁场对产物 的形貌产，l i 了较人的影响，成了树状的钦微晶而在无磁场f 只能得皇i j 球形的铁微品i ”矧。o s h i m a 发现在利刚氧化还原反庵合v 茂f e p d 合金时，外磁场能够改变f e p d 合金的形貌1 3 6 】。在这些r ：作中，被 合成的粒f 除了只有磁铁性的f e ，c o 羽l n 夕h ，还包括1 r 磁性的a g ，c u 。z n 和b i 笛粒子。m o g i 也 做了许多磁场对电化学沉积过程及电化学产物形貌影响的研究一e 作1 3 “。在同相合成反应中，p a r k i n l p 报道了1 1 t 磁场下合成棒状b a f e l 2 0 1 9 磁性材料，并且与无磁场合成的产物形貌进行了对比。 2 ) 磁场能影响合成的材料的微结构，如材料的结晶性l 。有些文献报道了在磁场下合成的磁性 材料的结晶性明显好于零磁场下合成的样品【4 5 4 0 。在磁场的诱导下，多晶的c o 和n i 亚微米线和单晶 的f e 3 0 4 纳米线被成功制各例侧。 3 ) 磁场能为艟i 性纳米颗粒的自组装提供定向力。如s a h o o 报道在强磁场条件卜在g a a s 衬底上自 组装f e 3 0 4 纳米颗粒，升观测剑沿磁力线方向上磁性纳米颗粒的k 稃有序州。r o g a c h 小组利用磁场白 组装聚合物一发光半导体和磁性氧化物的核壳结构。i c h i t s u b o 利用l t 磁场把磁性铁微球排列成整 齐的六方堆积d e - 6 0 l 。 与此同时，外加磁场可以进行微纳米尺度的操纵与调控，比如外加磁场可以诱导磁性液体六角 密堆结构的生成1 6 ”，单个磁性颗粒f 6 2 i 或趋磁菌的精确操控1 6 3 1 ，沉积大面积磁有序结构州1 以及磁性金 属( 合金) 纳米线的捕获1 6 ，1 。l e eh 管人在石丰片表面通过传统的微电子j ：艺制备了微环电路调 转环路中的电流可以得到不同强度的磁场，用该磁场可以捕获趋磁菌。如图1 6 所示。通过对微电 子电路的设计可以设计出不同结构的磁场，升且实现了趋磁菌的微控，这对丁微生物检测、m e m s 器 ，| 的设计是一个比较女，的没想。 7 东南人学硕上学位论文 图1 6 左图趋磁菌及其在环状电流发生的磁场中的捕获。电流1 = 5 0i l i a ，峰值磁场b = 6m t 。 右图：趋磁菌在通过微电路设计发生的不同结构磁场中的操作控制 h y e o n g - r a gl e e 惭1 等人利用磁场诱导在覆盖了i t o 哟玻璃基底上通过热分解法制备了垂直基底 生长的纳米线。并通过调节气流速率来控制纳米阵列的沉积密度。其中制备这种纳米阵列的装置示 意图如1 - 7 所示制备得到的纳米阵列的形貌图如1 8 所示。 图卜7 制备纳米阵列的装置示意图 8 东南大学硕士学位论文 图1 - 8 磁场诱导下通过热分解法制各得到的不同密度的纳米阵列的s e m 照片 w e n cc r o n e l 6 7 1 等人首先利用氧化铝模板法制备了n i c u s n - n i 纳米结构，然后研究了这种复合 纳米线在旋转磁场中的旋转运动情况，最后利用磁场诱导作用将这种复合纳米线排列组装到镍电极 中，形成如图1 - 9 所示的结构。 9 东南大学硕士学位论文 图1 - 9 用模板法制备得到的n i c u s n - n i 结构在旋转磁场中的运动情况 和在磁场诱导下组装到磁性镍电极中的s e m 照片 综上所述，磁场调控生长的方法简便，易行，适用性广，而且磁场能够穿透非磁性的反应容器， 这对于实验过程是非常关键的。 正是在这些研究的基础上我们提出了利用化学沉积结合磁场诱导来控制磁性物质的取向生长。 这种利用磁场对磁性物质的诱导作用来控制一维纳米结构的生长模式很有可能实现一维纳米结构的 简单制备和在纳米器件中的组装。 1 5 本论文的主要工作 本文提出了来调控磁性物质金属镍在一定位置的排列生长，继而获得特定的镍纳米结构的方法。 在这个过程中结合了选择性化学沉积和磁场的诱导作用。本论文的主要框架如下安排： 论文的第二章在外加磁场诱导的作用下利用溶液中氧化还原反应制备金属镍的纳米线。井利用 分子组装技术和选择性化学沉积方法自制了镍的电极对结构，并将镍纳米线通过磁场组装架到电极 对上，获得组装的纳米连线结构。并通过s e m 和e d x a 能谱分析系统对制备得到的纳米结构进行 了表征分析。 在第二章的基础上，论文的第三章结合了分子组装技术、选择性化学沉积和磁场诱导。控制镍 纳米线在金双电极界面的原位生长来制备纳米结构。研究了原型金电极在磁场中不同摆放位置和不 同电极形状对结果的影响。制备出镍纳米线阵列连线的纳米结构和镍纳米间隙电极。并通过s e m 及 其e d x a 能谱分析系统等对制备的结构形貌进行了表征分析。 第四章首先是采用分子组装技术与掩模曝光定义出自组装膜图形，似此为图形模板，采用磁场 1 0 东南人学颀上学位论文 辅助p 选抨性化学沉积金属镍的方法制备金属微i 圣l 形。运朋扫描电子显微镜及其能谱分析系统对产 物进行形貌表征和结构分析。 第五章对全文工作的总结及对以后工作的展望。 参考文献 x i a y a n g 只s u n # w u # m a y e r s b ，g a t e s b ，v i n y , a d v m a t e r ，2 0 0 3 ，1 5 ，3 5 3 厦门大学搏士后研究工作报告 c h u a n d i n gc ，r a v ik ，g o n e l a , q u ngd o n a l dt ，h a y n i e ，n a n ol e t t ，2 0 0 5 ，i ，1 7 5 1 7 8 y o n g jy m i k e k ，a n d r e w s ，b a r r yk ，m a r l o w , a p p lp h y s l e t t , 2 0 0 4 ，8 5 ，1 3 0 1 3 2 r o b e r tka n dw o l f g a n gf ，l a n g m u i r , 2 0 0 4 ，2 0 ，11 7 9 7 - 11 8 0 1 l i f e n g d ，j o c e l y n b 。v a c h a r a c ，r a jsa n dj u n j i a a ，n a n o l e t t ，2 0 0 5 ，5 。2 1 1 2 - 2 1 1 5 k e v i nd ，h e r m a n s o n ，s i m o n o ，l u m s d o n ，j a c o b 只w i l l i a m s ，e r i cw ，k a l e r , o r l i nd ，v e l e v , s c i e n c e ， 2 0 0 l ，2 9 4 ，1 0 8 2 1 0 8 6 8 】s i m o nol u m s d o n ，d a v i dms c o r ，l a n g m u i r , 2 0 0 5 ，2 1 ，4 8 7 4 - 4 8 8 0 【9 】m a s u d ah ，f u k o d ak ，s c i e n c e ，1 9 9 5 。2 6 8 ，1 4 4 6 【1 0 】m a r t i n ，cr a d vm a t e r , 1 9 9 1 ，3 , 4 5 7 1 1 】m a r t i n ，c r ，p a r t h a s a r a t h y rv ，a d v m a t e r , 1 9 9 5 ，7 ，4 8 7 1 2 jh i r u m ak ，y a z a w am ，k a t s u y a m alo g a w ak ，h a r a g u c h ikk o g u c h im ，k a k i b a y a s h ih ，ja p p l p h y s ，1 9 9 5 ，7 7 ，4 4 7 x u ekh ，p a ng 只m i n g h ，l um ，w a n gg h ，s u p p e r l a t t i e em i c r o s t , 2 0 0 3 ，3 3 ，11 9 p a t t h a s a m t h y , rvp h a n i ，kln ，m a r t i n ，c r a d vm a t e r , 1 9 9 5 ，7 ，8 9 6 b r u m l i k cj ，m e n o n vp ，m a r h i n c rj m a t e r r e s ，1 9 9 4 ，9 , 1 1 7 4 m e n o nvp ，m a r h i ncr ，a n a lc h e m ，1 9 9 5 ，6 7 ，1 9 2 0 n i s h i z a w am ，m e n o nvp ，m a r h i nc r ，s c i e n c e 。1 9 9 5 。2 6 8 ，7 0 0 t s a ltk ，c h a oc q a p p ls u f f s c i ，2 0 0 4 ，2 3 3 ，1 8 0 f uyb 。z h a n gld ，z h e n gjy ，t r a n sn o n f e r r o u sm e ts o ec h i n a , 2 0 0 4 ，1 4 ，1 5 2 p a t t h a s a r a t h y , r vp h a n i ，k l n ，m a r t i n ，c rc h e mm a t e r , 1 9 9 7 ，9 ，8 5 7 l a k s h mb ，bd o r h o n t , pkm a r t i n ，c c h e mm a t e r , 1 9 9 4 ，6 ，1 6 2 7 c h e ngs ，z h a n gld ，z uy a p p lp h y sl e t t ，1 9 9 9 ，7 5 ，2 4 5 5 口p p 陋p 3 4 5 6 7 8 9 0 2 m m m m 呻 瞰 东南大学硕士学位论文 2 3 】y u n h il e e ，y o o n t a e kj a n g , c h a n g - h o o n c h o i ，a d v m a t e r , 2 0 0 1 ，1 3 1 ，1 3 7 1 - 1 3 7 3 2 4 c z l i ，h x h e ，a b o g o z i 。js b u n c h ，nj t a o ，a p p l p h y s l e t t , 2 0 0 0 ，7 6 ，1 3 3 3 【2 5 1ecw a l t e r ，ff a v i e w , rm p e n n e r ，a n a lc h e m ，2 0 0 0 ，7 4 ，1 5 4 6 【2 6 】ff a v i e r ，ecw a l t e r ，mpz a c h ，tb e n t e rrmp e n n e r ，s c i e n c e ，2 0 0 1 ，2 9 3 ，2 2 2 7 【2 7 】yc u i ，q w e i ，hp a r k ，cml i e b e r , s c i e n c e , 2 0 0 1 ，2 9 3 ，1 2 8 9 【2 8 】yh u a n g ，xfd u a n ，qw e i ，cm l i e b e r ，s c i e n c e ，2 0 0 1 ，2 9 1 ，6 3 0 2 9 】hm a t s u s h i m a , t n o h i r a , y i t o ，s u r f a c e & c o a t i n g st e c h n o l o g y , 2 0 0 4 ，1 7 9 ，2 4 5 3 0 】gh i n d s ，fe s p a d a ，jm d c c e y ，c ta l ，jp h y sc h e m b ，2 0 0 1 ，1 0 5 ，9 4 8 【3 1 】c o e y ，g h i n d se t a l ，e u r op h y s l e t t ，1 9 9 6 ，4 7 2 6 7 【3 2 】s h g e ，c l i ，x ，m a , w l i ，e ta l ，a c t a p h y ss i n i c a , 2 0 0 1 ，5 0 ，1 4 9 【3 3 】shg e ，cl i ，x ，m a , wl i ，e ta l ，ja p p lp h y s ，2 0 0 1 ，9 0 。5 0 9 3 4 1ari m r e ，lb a l a z s ，f r a c t a l s - c o m p l e xg e o m e t r yp a t e m sa n ds c a l i n gi nt h en a t u r ea n ds o c i t y 2 0 0 0 8 ，3 4 9 【3 5 】sb o d e a l v i g n o n ，r b a l l o u ，pm o l h o ，p h y sr e vl e t t ，1 9 9 9 ，8 3 ，2 6 1 2 3 6 】sb o d e a rb a l l o u ，pm o l h o ，p h y sr e ve ，2 0 0 4 ，6 9 。0 2 1 6 0 5 【3 7 】ro s h i m a , ht o k o r o ，j o u m a lo f t h ej a p a ni ns t a t u t eo f m e t a l s ，1 9 9 8 ，6 2 ，31 7 【3 8 】c o e y ，gh i n d s ，e ta l ，m a t e rs c if o r u m ，2 0 0 1 ，3 7 3 ，1 3 9 】i m o g i k a m i k o , j c r y s t g r o w t h ，1 9 9 6 ，1 6 6 ，2 7 6 【4 0 im o g i ，mka m i k o ，c h e ma n dm e t a l l u r g y ，1 9 9 6 ，4 2 ，3 1 5 4 1 】im o g ip h y sb ，2 1 6 ，3 9 6 4 2 】m o g i ，s o k u b o ，mk r n i k o j ，ji ns i t i u t eo f m e t a l s ，1 9 9 7 ，6 1 ，1 2 8 7 f 4 3 】mh a m a i ，1m o g i ，mt a g a m i ，e ta l ，jc r y a tg r o w t h ，2 0 0 0 ，2 0 9 ，1 0 1 3 【4 4 】la f f l e c k ，mda g u a s ，qap a n k h u r s t ，p a r k i n ，w a s t e e r , a d vm a t e r ，2 0 0 0 ，1 2 ，13 5 9 【4 5 】fe b e r t ，tt h u m a l b r e c h t ，m a c r o m o l e c u l e s ，2 0 0 3 ，3 6 ，8 6 8 5 【4 6 】km a t s