TiO 2 /mSiO 2 微纳米结构的制备及其自驱动马达应用研究
发布时间：2022-01-01 00:31
微纳米马达是一种能将其周围外部能量（化学能、光能、声能等）转化成自身动能以驱动自身运动的微纳米尺度器件。由于其自主驱动运动的特点,微纳米马达在货物运输、生物医药和环境治理等领域都有着巨大的应用前景。因此,本文将围绕TiO2和介孔SiO2（mSiO2）两种材料的微纳米结构制备展开研究,结合不同的驱动方式,将所制备的微纳米结构进一步加工成自驱动马达。并针对目前微纳米马达在环境领域应用时,存在无法同时实现环境监测和环境修复、功能单一的问题,本文进一步深入研究了TiO2@mSiO2双层复合结构管状马达在环境领域方面的应用。本论文制备了基于TiO2/mSiO2材料的球状和管状微纳米结构,并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等仪器对其形貌、结构、晶型等进行表征。实验通过对煅烧后得到的锐钛矿相TiO2球进行表面喷金处理制备出Au/TiO2双面球结构,使之在紫外光照射下进行光催化驱动运动。通过...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
a)以AAO膜为模板合成纳米棒的流程图
使用微纳米线为模板在其外部进行电沉积来获得管状结构[20]。1.2.2 自卷曲（rolled-up）技术自卷曲技术是主要基于应变工程的技术。通过在衬底（如硅片）上沉积一层牺牲层（如光致抗蚀剂层），然后再在牺牲层上通过物理或化学的方法沉积上所需材料，使之形成具有一定应力梯度的纳米薄膜。采用蚀刻剂选择性地刻蚀牺牲层，使沉积在牺牲层上的预应力纳米薄膜从衬底表面上释放出来，在自身预应力梯度的作用下，该纳米薄膜自发地卷起并形成微管。其中自卷曲微管的直径，卷曲的次数和卷曲的长度由纳米薄膜的沉积参数（如膜厚度和预应力梯度）和光刻预定图案决定。如图 1-2 a）所示，Solovev 等人通过自卷曲法制备出了 Pt/Au/Fe/Ti 多层微管[21]。其中，薄膜卷曲的长度为 100 μm，获得的微管直径为 5.5 μm，卷曲的圈数超过 5 圈。采用光刻胶作为牺牲层，通过光刻对其进行图形化，则可以使沉积在其上的纳米薄膜图形化，以便使自卷曲微管实现精确定位或形成微管阵列，如图 1-2 b）所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1.2.3 三维激光直写技术三维激光直写技术（3D DLW）是将二维平面光刻发展到第三维度，可以用于制造任意的三维微纳米结构。在这项技术中，首先将 3D 光刻胶（光致抗蚀剂）沉积在基板上，该基板可以按照预编程的路径用压电平台在三维空间中进行移动，以使目标光刻胶曝光在激光焦点处。其中，光刻胶可以分为两种：正性光刻胶和负性光刻胶。对于正性光刻胶，暴露于激光下的部分更易溶于显影剂中，因此它可被显影剂溶液洗掉，留下溶解性较小的未曝光部分。负性光刻胶的表现则与之相反，负性光刻胶的曝光区域会产生聚合而更加难以溶解，因此负性光刻胶保留其曝光区域而未曝光区域被显影剂溶液除去。如图 1-3 a）所示，Nelson 课题组用负性光刻胶制备出了 3D 螺旋形结构，通过在螺旋结构上进一步沉积 Ti 和 Ni 层，使之能在磁场的操纵下进行运动[23]。由于三维激光直写技术的控制精度较高，Nelson 团队还使用此方法制备了多孔支架式笼状马达（图 1-3 b），用于捕获和定向运输细胞[9]。
本文编号：3561287
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
a)以AAO膜为模板合成纳米棒的流程图
使用微纳米线为模板在其外部进行电沉积来获得管状结构[20]。1.2.2 自卷曲（rolled-up）技术自卷曲技术是主要基于应变工程的技术。通过在衬底（如硅片）上沉积一层牺牲层（如光致抗蚀剂层），然后再在牺牲层上通过物理或化学的方法沉积上所需材料，使之形成具有一定应力梯度的纳米薄膜。采用蚀刻剂选择性地刻蚀牺牲层，使沉积在牺牲层上的预应力纳米薄膜从衬底表面上释放出来，在自身预应力梯度的作用下，该纳米薄膜自发地卷起并形成微管。其中自卷曲微管的直径，卷曲的次数和卷曲的长度由纳米薄膜的沉积参数（如膜厚度和预应力梯度）和光刻预定图案决定。如图 1-2 a）所示，Solovev 等人通过自卷曲法制备出了 Pt/Au/Fe/Ti 多层微管[21]。其中，薄膜卷曲的长度为 100 μm，获得的微管直径为 5.5 μm，卷曲的圈数超过 5 圈。采用光刻胶作为牺牲层，通过光刻对其进行图形化，则可以使沉积在其上的纳米薄膜图形化，以便使自卷曲微管实现精确定位或形成微管阵列，如图 1-2 b）所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1.2.3 三维激光直写技术三维激光直写技术（3D DLW）是将二维平面光刻发展到第三维度，可以用于制造任意的三维微纳米结构。在这项技术中，首先将 3D 光刻胶（光致抗蚀剂）沉积在基板上，该基板可以按照预编程的路径用压电平台在三维空间中进行移动，以使目标光刻胶曝光在激光焦点处。其中，光刻胶可以分为两种：正性光刻胶和负性光刻胶。对于正性光刻胶，暴露于激光下的部分更易溶于显影剂中，因此它可被显影剂溶液洗掉，留下溶解性较小的未曝光部分。负性光刻胶的表现则与之相反，负性光刻胶的曝光区域会产生聚合而更加难以溶解，因此负性光刻胶保留其曝光区域而未曝光区域被显影剂溶液除去。如图 1-3 a）所示，Nelson 课题组用负性光刻胶制备出了 3D 螺旋形结构，通过在螺旋结构上进一步沉积 Ti 和 Ni 层，使之能在磁场的操纵下进行运动[23]。由于三维激光直写技术的控制精度较高，Nelson 团队还使用此方法制备了多孔支架式笼状马达（图 1-3 b），用于捕获和定向运输细胞[9]。
本文编号：3561287
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