一维功能纳米材料制备及其在传感器中应用-preparation of one-dimensional functional nano-material and its application in sensor.docxVIP

中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。□公开□必威体育官网网址（年）作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：第一章绪论1.1功能纳米材料1.1.1纳米材料的发展历程纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。通俗的讲，纳米材料是指物质的尺寸范围在10-9m左右。1纳米是1米的十亿分之一,相当于45个原子排列起来的长度。广义的纳米材料是指三维空间中至少有一维属于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[1-3]。纳米尺度是介于原子簇和宏观物体之间的一个过渡区域，具有自己独特的效应。例如宏观量子隧道效应、表面效应和小尺寸效应[4]。纳米材料的兴起始于上世纪80年代，但早在一千多年以前人们生活中就已经接触纳米材料了。我国古代用的铜镜表面就是一薄层纳米氧化锡颗粒，作用就是使铜镜免于生锈。著名物理学家、诺贝尔奖获得者RichardFeynman最早提出纳米尺度上科学和技术问题。他曾经预言如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。这里面提到的材料就是现在研究的纳米材料。1984年德国科学家Gleiter等人成功地制备了铁纳米颗粒，并首次提出了“纳米材料”的概念[5]。从此以后，纳米材料的系统研究也开始建立起来。随后由于科技的发展，1981年发明的能够操纵原子的扫描隧道显微镜对纳米科技是一个前所未有的推进，从而也验证了RichardFeynman的预言。紧接着量子点、碳纳米管、C60的合成以及2000年初时任美国总统的克林顿发表的《国家纳米技术战略》的国情咨文，使纳米科技的发展受到更多的关注，从而使得纳米科技得到了突飞猛进的发展[6]。1.1.2纳米材料的分类随着纳米科技的迅速发展，各种形貌并具有各种功能的纳米材料被科学家发现和人工合成出来。纳米材料如果按照维数分类，一般可以分为四类：(a)零维纳米材料，指在三维空间的三个维度上的尺寸都在100nm范围内的材料，如纳米粒子[7,8]、贵金属团簇[9-11]和量子点[12-14]等。(b)一维纳米材料是指在三维空间中有两维的尺寸处于100nm范围内的材料，如纳米线[15-18]、纳米棒[19-22]、纳米管[23-26]、纳米带[27-30]和纳米星[31-33]等。(c)二维纳米材料是指在空间的三维中只有一维的尺寸处于100nm范围内的材料，如多层膜、超薄膜等[34-38]。(d)纳米结构晶体或三维纳米材料。另外也有科学家根据纳米材料的特性，将其分为即纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系[39]。纳米微粒指线度处于1～100nm之间的聚合体,它是处于该几何尺寸的各种粒子的总称。纳米微粒的形态并不限于球形,还有板状、棒状、角状、海绵状等。纳米固体是由纳米微粒聚集而成的凝聚体,虽然可以从不同的角度将其分为许多种类,但它们都有一个共同的特点,即超细颗粒间巨大的界面积。由人工组装合成的，具有纳米结构的材料称为纳米组装体系,也叫纳米尺度的图案材料[40]。它是以纳米微粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。另外纳米材料按照组成也可以进行分类，限于篇幅在此就不一一例举了。1.1.3纳米材料基本性质纳米材料的性质和纳米材料的制备方法及其形貌有很大的联系。但是形态各异的纳米材料有一些基本效应。例如宏观量子隧道效应[41-43]、表面效应[44,45]、小尺寸效应[46]、量子尺寸效应[47]、库仑阻塞和量子隧穿效应[48]和介电限域效应[49-51]。下面一一对这些效应做一个简短的介绍。宏观量子隧道效应：量子物理中把微观粒子能够贯穿势垒的能力称之为隧道效应[48]。十几年前，科学家发现在满足一定条件下这种量子隧道效应在宏观体系中也可能存在，如一些器件中的磁通道、纳米粒子的磁化强度等也都具有隧道效应，科学家把这样的宏观现象称之为宏观的量子隧道效应。表面效应：自然界中荷花的自清洁作用就是纳米材料表面效应最直接的一个例子。荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。经过电子显微镜的分析，莲