交流電沉積金納米材料及其性能研究.pdf

1、微區(qū)域內(nèi)的交流電沉積是近幾年興起的一項面向微納器件集成化的納米材料制備技術。源于尺度效應，運用該方法可以在施加較小電極電壓時，獲得很高的電場強度，從而影響雙電層結構與電化學反應傳質(zhì)過程。運用該法，研究者制備了多種材料，包括各向同性材料，各向異性材料以及合金材料的多種納米結構。但是，仍然有許多實驗現(xiàn)象不能得到合理解釋。在此基礎上，本文做了以下幾個方面的工作:
　　(1)根據(jù)拉曼特性測試和循環(huán)伏安特性測試，得到金屬離子在鍍液中的存在形

2、態(tài)，分析了其在交流電反應中的傳質(zhì)模型。建立了法拉第交流電滲數(shù)學模型，對微區(qū)域內(nèi)的液電耦合場進行了數(shù)值模擬。在此基礎上，分析了交流電壓幅值、頻率以及直流偏置電壓影響電化學反應物質(zhì)傳遞和晶體生長過程的作用機理。結果表明，電泳是微區(qū)內(nèi)交流電沉積反應的主要傳質(zhì)方式。當電極表面發(fā)生法拉第反應時，電容交流電滲的流動方向發(fā)生逆轉。此時，電極處于流線上游，微流體的運動使得電極處的電化學反應傾向于擴散控制。在交流電壓的基礎上疊加一個直流偏置電壓時，電位相

3、對較負的電極一端，擴散層增厚;電位相對較正的電極一端，擴散層厚度減薄。擴散層的增厚是誘導納米材料在微區(qū)域內(nèi)生長的主要原因。
　　(2)在理論分析和數(shù)值模擬的基礎上，調(diào)整交流電壓幅值、頻率、直流偏置電壓，電解液濃度等電化學條件，制備了不同形貌的金納米材料。通過對其微觀形貌的顯微分析和對比，進行了電化學參數(shù)優(yōu)化。結果表明通過交流電沉積可以獲得具有完善結構的金納米材料，其生長位置、生長方向、以及維度可控。本文還制備了金/銀雙金屬納米材料

4、。通過改變交流電頻率與鍍液成分配比，可以調(diào)節(jié)雙金屬納米材料的結構形貌和組分。
　　(3)對使用交流電沉積法制備的金納米材料、金/銀雙金屬納米材料進行表面增強拉曼散射(SERS)活性表征。金/銀雙金屬納米材料顯示了更高的拉曼增強系數(shù)。使用交流電沉積與介電泳力組裝相結合的方法一步制備了金/羅丹明B復合納米材料，有效提高了羅丹明B分子的檢測極限。
　　(4)對使用交流電沉積法制備的金納米材料進行了電學表征。實驗表明，金納米材料與電

5、極之間形成線性歐姆接觸，接觸特性良好。
　　本文的創(chuàng)新點在于通過拉曼特性測試與電化學循環(huán)伏安特性測試，建立了絡合離子在交流電沉積過程中的存在形式與運動模型，解釋了微區(qū)域內(nèi)交流電沉積法生長金納米結構的電化學機理?；谖⒘黧w理論，構建了微區(qū)域內(nèi)的交流電沉積液電耦合數(shù)學模型。進一步，利用交流電沉積法成功制備了金/銀雙金屬SERS基底，并應用于拉曼檢測技術。由于納米材料生長在預制的微區(qū)域內(nèi)，并且與電極相連，方便與同其他微納器件集成，有望應