金属纳米孔阵列薄膜的制备及其电化学传感性能研究
发布时间：2021-01-12 10:46
随着纳米科技的迅猛发展,纳米材料的研究已经成为当今科学研究的热点。利用纳米材料制备得到的纳米生物传感器与传统的传感器相比较,具有响应速度快、灵敏度高、检测范围宽、价格低廉、检测极限低等优点,被广泛应用到生产生活、医疗、环境、军事科技等领域。在纳米材料中,作为一种新兴功能材料的二维纳米薄膜在许多领域都有很好应用前景。本文以氧化铝模板为基础,通过真空热蒸发、电化学沉积、磁控溅射等方法制备得到二维纳米孔薄膜电极,利用SEM、EDS、XRD、TEM等对薄膜的成分、晶体结构、形貌等进行表征,然后通过电化学分析仪研究其电化学传感性能。具体研究内容如下:（1）Cu/Au纳米孔阵列薄膜的制备及其电化学传感性能通过二次阳极氧化技术,在0.3 mol/L草酸45V电压条件下,制备了高度有序的AAO模板。然后在AAO模板的表面通过直流溅射法沉积一层Au作为导电电极,再利用热蒸发镀膜的方法在镀金的模板表面沉积一层Cu膜层,去除AAO模板后就得到Cu/Au纳米孔阵列薄膜。该薄膜内孔直径约为25 nm,孔的开口直径约为60 nm,孔中心间距约115 nm,呈六方规则排列的凹型纳米孔结构。然后将纳米孔阵列转移至IT...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图(a)是热蒸发镀膜原理图，图(b)是磁控溅射原理图
第一章绪论5图1.1图(a)是热蒸发镀膜原理图，图(b)是磁控溅射原理图(2)电化学沉积法：通过金属离子或者导电离子在阴极可以得电子而被还原，在氧化铝模板的通道或表面沉积，进而得到纳米结构材料的方法。电化学沉积法也可以同其他方法相结合，制备出形貌新颖、性能优异的纳米结构材料。主要步骤为：通过两次阳极氧化法，制得双通的氧化铝模板，根据所要得到的产品情况，将模板置于磷酸溶液中进行适当扩孔。通过电化学沉积法我们能在氧化铝模板上分别制得一维、二维纳米结构材料，如在模板的背面镀金，以金膜作为阴极，沉积离子沿着孔道生长，就能得到纳米线阵列。在镀金的时候控制时间，如在模板表面镀金较少，金膜没有完全覆盖氧化铝模板的通道，得到的就是纳米管结构；如金膜完全覆盖了氧化铝模板的背面，得到的就是实心纳米线阵列。同时通过改变沉积时间、沉积电流、沉积电位等可以制备得到不同纳米材料,如合成的Ni纳米线[37]、Fe-Cu纳米线[38]等。如果在氧化铝模板的正面镀金，通过电化学沉积得到的就是纳米薄膜材料，如图1.2所示是在模板上生长的Cu/Au纳米薄膜。从图中可以看出，得到的纳米薄膜具有高度有序性，呈六边形密排列，并且表面上有明显的起伏，这就使生长的材料与测试溶液的接触面积得以大大的提高，测试结果表明，具有起伏结构的比没有此结构的电极在稳定性、灵敏度和探测极限上都有明显优势。图1.2模板上生长的Cu/Au薄膜(3)无电沉积法:无电沉积也叫化学镀，是常见的一种化学沉积方法。即在氧化铝模
西南大学硕士学位论文6板的孔道内进行活化与敏化处理，在模板内壁附着一些官能团，从而形成类似“船錨”一样的结构，使沉积材料在模板的孔道内壁优先成核生长。(4)溶胶-凝胶法：具有反应物之间在分子水平上被均匀地混合、能均匀掺杂微量元素、合成温度低、易于反应等优点。采用该方法合成的纳米材料有ZnO纳米线[39]、WO3纳米线等[40]。1.5生物传感器1.5.1生物传感器简介社会迅速的发展，世界开始进入信息时代。单凭感觉器官去感知世界已经远远不能满足人们生活需求，为适应这种新情况，传感器就应运而生。我们的生产生活已经离不开传感器件，不管是在食品、医药还是环境检测等方面，因此传感器件的种类也非常繁多，在使用过程中根据不同的需要制备不同的传感器。生物传感器结构简单，主要是由分子识别部分和转换部分共同构成的一种特殊的传感器[41,42]。其反应过程如图1.3所示，生物识别物通过与生物识别元件的相互作用从而产生生物信号，然后生物信号通过转换器成为电信号，最后通过电子装置系统输入电脑进行数据分析。图1.3生物传感器响应流程1.5.2生物传感器分类生物传感器作为传感器中的重要成分，从发现到至今，已经衍生出许多种类，按分子换能器类型可主要分为七大类[43-47]，具体如图1.4(A)所示；按识别元件也可分为七大类[48-50]，具体如图1.4(B)所示。图1.4生物传感器的类型：(A)图为按换能器对生物传感器分类；(B)图为按分子识别元件对生物传感器分类
【参考文献】：
期刊论文
[1]过氧化氢生物传感器的应用研究进展[J]. 王昱琳,史光明. 明胶科学与技术. 2015(02)
[2]基于氧化镓纳米线的日盲紫外探测器件的制备与性能[J]. 冯喜宁,赵建伟,秦丽溶,王萍,贾小亚,杨彩凤. 西南大学学报(自然科学版). 2014(03)
[3]明胶基固定化过氧化氢酶修饰玻碳电极的生物传感器的研究[J]. 王昱琳. 明胶科学与技术. 2012(04)
[4]HF改性的多壁碳纳米管负载Au纳米粒子对甲醇的电催化氧化[J]. 肖海峰,张正富,徐明丽,杨喜昆,江克柱,韩亚梅. 稀有金属. 2012(06)
[5]模板法及其在纳米材料制备领域的应用研究进展[J]. 蔡彬,胡炜,杜宝吉,李建江. 材料导报. 2010(15)
[6]铝阳极氧化膜的研究进展[J]. 张莹,王桂香. 电镀与环保. 2010(04)
[7]电化学DNA生物传感器[J]. 张炯,万莹,王丽华,宋世平,樊春海. 化学进展. 2007(10)
[8]高性能纳米金催化剂的研究进展[J]. 王路存,苏方正,黄新松,曹勇. 石油化工. 2007(09)
[9]纳米材料的制备技术研究[J]. 许志云. 武汉科技学院学报. 2007(08)
[10]生物传感器的研究进展综述[J]. 陈玲. 传感器与微系统. 2006(09)
博士论文
[1]碳纳米管膜的制备及场发射特性研究[D]. 樊志琴.郑州大学 2003
硕士论文
[1]半导体纳米材料的制备以及在生物传感器中的应用[D]. 侯超.杭州电子科技大学 2016
[2]水热法生长微/纳米结构及其电化学性能研究[D]. 杨彩凤.西南大学 2015
[3]多孔阳极氧化铝纳米模板的制备[D]. 韩婷.南京理工大学 2010
本文编号：2972714
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图(a)是热蒸发镀膜原理图，图(b)是磁控溅射原理图
第一章绪论5图1.1图(a)是热蒸发镀膜原理图，图(b)是磁控溅射原理图(2)电化学沉积法：通过金属离子或者导电离子在阴极可以得电子而被还原，在氧化铝模板的通道或表面沉积，进而得到纳米结构材料的方法。电化学沉积法也可以同其他方法相结合，制备出形貌新颖、性能优异的纳米结构材料。主要步骤为：通过两次阳极氧化法，制得双通的氧化铝模板，根据所要得到的产品情况，将模板置于磷酸溶液中进行适当扩孔。通过电化学沉积法我们能在氧化铝模板上分别制得一维、二维纳米结构材料，如在模板的背面镀金，以金膜作为阴极，沉积离子沿着孔道生长，就能得到纳米线阵列。在镀金的时候控制时间，如在模板表面镀金较少，金膜没有完全覆盖氧化铝模板的通道，得到的就是纳米管结构；如金膜完全覆盖了氧化铝模板的背面，得到的就是实心纳米线阵列。同时通过改变沉积时间、沉积电流、沉积电位等可以制备得到不同纳米材料,如合成的Ni纳米线[37]、Fe-Cu纳米线[38]等。如果在氧化铝模板的正面镀金，通过电化学沉积得到的就是纳米薄膜材料，如图1.2所示是在模板上生长的Cu/Au纳米薄膜。从图中可以看出，得到的纳米薄膜具有高度有序性，呈六边形密排列，并且表面上有明显的起伏，这就使生长的材料与测试溶液的接触面积得以大大的提高，测试结果表明，具有起伏结构的比没有此结构的电极在稳定性、灵敏度和探测极限上都有明显优势。图1.2模板上生长的Cu/Au薄膜(3)无电沉积法:无电沉积也叫化学镀，是常见的一种化学沉积方法。即在氧化铝模
西南大学硕士学位论文6板的孔道内进行活化与敏化处理，在模板内壁附着一些官能团，从而形成类似“船錨”一样的结构，使沉积材料在模板的孔道内壁优先成核生长。(4)溶胶-凝胶法：具有反应物之间在分子水平上被均匀地混合、能均匀掺杂微量元素、合成温度低、易于反应等优点。采用该方法合成的纳米材料有ZnO纳米线[39]、WO3纳米线等[40]。1.5生物传感器1.5.1生物传感器简介社会迅速的发展，世界开始进入信息时代。单凭感觉器官去感知世界已经远远不能满足人们生活需求，为适应这种新情况，传感器就应运而生。我们的生产生活已经离不开传感器件，不管是在食品、医药还是环境检测等方面，因此传感器件的种类也非常繁多，在使用过程中根据不同的需要制备不同的传感器。生物传感器结构简单，主要是由分子识别部分和转换部分共同构成的一种特殊的传感器[41,42]。其反应过程如图1.3所示，生物识别物通过与生物识别元件的相互作用从而产生生物信号，然后生物信号通过转换器成为电信号，最后通过电子装置系统输入电脑进行数据分析。图1.3生物传感器响应流程1.5.2生物传感器分类生物传感器作为传感器中的重要成分，从发现到至今，已经衍生出许多种类，按分子换能器类型可主要分为七大类[43-47]，具体如图1.4(A)所示；按识别元件也可分为七大类[48-50]，具体如图1.4(B)所示。图1.4生物传感器的类型：(A)图为按换能器对生物传感器分类；(B)图为按分子识别元件对生物传感器分类
【参考文献】：
期刊论文
[1]过氧化氢生物传感器的应用研究进展[J]. 王昱琳,史光明. 明胶科学与技术. 2015(02)
[2]基于氧化镓纳米线的日盲紫外探测器件的制备与性能[J]. 冯喜宁,赵建伟,秦丽溶,王萍,贾小亚,杨彩凤. 西南大学学报(自然科学版). 2014(03)
[3]明胶基固定化过氧化氢酶修饰玻碳电极的生物传感器的研究[J]. 王昱琳. 明胶科学与技术. 2012(04)
[4]HF改性的多壁碳纳米管负载Au纳米粒子对甲醇的电催化氧化[J]. 肖海峰,张正富,徐明丽,杨喜昆,江克柱,韩亚梅. 稀有金属. 2012(06)
[5]模板法及其在纳米材料制备领域的应用研究进展[J]. 蔡彬,胡炜,杜宝吉,李建江. 材料导报. 2010(15)
[6]铝阳极氧化膜的研究进展[J]. 张莹,王桂香. 电镀与环保. 2010(04)
[7]电化学DNA生物传感器[J]. 张炯,万莹,王丽华,宋世平,樊春海. 化学进展. 2007(10)
[8]高性能纳米金催化剂的研究进展[J]. 王路存,苏方正,黄新松,曹勇. 石油化工. 2007(09)
[9]纳米材料的制备技术研究[J]. 许志云. 武汉科技学院学报. 2007(08)
[10]生物传感器的研究进展综述[J]. 陈玲. 传感器与微系统. 2006(09)
博士论文
[1]碳纳米管膜的制备及场发射特性研究[D]. 樊志琴.郑州大学 2003
硕士论文
[1]半导体纳米材料的制备以及在生物传感器中的应用[D]. 侯超.杭州电子科技大学 2016
[2]水热法生长微/纳米结构及其电化学性能研究[D]. 杨彩凤.西南大学 2015
[3]多孔阳极氧化铝纳米模板的制备[D]. 韩婷.南京理工大学 2010
本文编号：2972714
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