受限空间内一维纳米管的制备及生长机理研究

纳米管作为一维纳米材料领域的分支，将纳米尺寸效应、大的长径比及其特殊管状结构融为一体，在纳米反应器、纳米催化剂载体、微量气体传感器和药物传输与缓释等方面有潜在的实用价值。此外，纳米管也提供了研究受限空间内晶体生长、高分子链取向和结晶的物质场所，对受限空间内研究高分子链排列与结晶具有推动作用。对于聚合物材料，目前已提出的熔体法形成机理认为熔体粘度是决定能否制得纳米管的关键，本课题组也尝试研究溶液法的多层浸润机理和熔体法的临界值原理，得到一些初步试验结果，但还需要对其进行系统科学的验证。而对于金属纳米管的形成，尚未见有关机理方面的报道。本课题旨在从聚合物溶液和熔体浸润模板这一物理过程的本质因素- - 表面张力出发，研究溶液法的多层浸润机理和熔体法的临界值原理并通过实验进行研究论证，完善形成一套制备聚合物纳米管的理论依据，同时希望在金属纳米管的形成机理研究方面有所突破。

一维纳米材料将纳米尺寸效应、大的长径比及其特殊管状结构融为一体，在纳米反应器、纳米催化剂载体、微量气体传感器和药物传输与缓释等方面有潜在的实用价值。此外，纳米管也提供了研究受限空间内晶体生长、高分子链取向和结晶的物质场所，对受限空间内研究高分子链排列与结晶具有推动作用。本研究用溶液法和熔体法制备了图案化的聚合物纳米管和纳米线阵列，考查了溶液浓度、熔体温度等对管/线长度及形貌的影响，提出了受限空间内纳米管的形成机理bamboo-like和cylinder-shaped。利用电沉积法制备非磁性金属Cu纳米线和磁性金属纳米材料(以Ni，Co，Fe为代表)，并通过高分辨电镜结果分析了磁性纳米管和纳米线的形成过程。验证了非磁性纳米线的生长符合Bottom-up(自底向上)机理，首次提出磁性金属纳米材料的brick-stacked wirelike growth(类似填砖头线状)生长机理。通过VSM测试得出了各种金属纳米材料的磁性参数，他们都表现出显著的剩磁现象、磁滞现象及磁各向异性，在轴方向上易被磁化，有较低矫顽力。采用逐步沉积法多种具有皮芯结构的纳米材料，提出了三方向竞争的生长机理。