纳米样板的制备及其精度分析

介绍了纳米样板的研究现状及制备工艺，特别对扫描探针显微镜(SPM)表面局域氧化反应工艺进行了详述；分析了原子力显微镜(AFM)探针诱导局域氧化工艺的原理及其影响参数，原理为高度局域化的电化学反应，影响参数包括探针上所施加的电压、扫描速度、探针曲率半径、相对湿度以及氧化物厚度等；用该方法分别制备了5条栅线和7条栅线的一维纳米结构样板，并对7条栅线的纳米结构样板的精度和不确定度影响因素进行了分析。     

纳米测量及纳米样板

介绍了纳米测量系统的组成以及纳米样板的研究现状．提出了两种制备纳米结构样板的方法：Si基底上的原子力显微镜(AFM)探针诱导阳极氧化工艺和Au膜上的AFM探针机械划刻工艺．最后对Si基底上制备的纳米结构样板进行了精度分析．     

用AFM探针诱导局域氧化工艺制备纳米样板的研究

本文介绍了纳米测量系统的组成和纳米样板的研究现状，讨论了AFM探针诱导局域氧化工艺的原理及其影响参数。用该方法进行了一维纳米结构样板的制备，并对实验结果进行了分析。     

基于AFM氮化硅探针刻蚀方法制作聚碳酸酯纳米光栅

基于原子力显微镜(AFM)探针的纳米机械刻蚀技术以其成本低、分辨率高的优势被广泛应用于各种纳米元器件的制造中.为了得到最优的光栅结构,首先通过单次刻蚀实验定量分析了刻蚀方向、加载力和刻蚀速率等3个主要加工参数对所得纳米沟槽形貌和尺寸的影响,给出了普通氮化硅探针对聚碳酸酯(PC)的加工特性及加工效率.然后通过改变沟槽间距(100~500 nm)得到了不同周期的纳米光栅结构,并确定了这种探针与样品的组合对间距的要求及最佳加工参数:沿垂直于微悬臂长轴向右刻蚀,加载力2.3μN,刻蚀速率2.6μm/s.最后利用该技术对实验室已有原子光刻技术所得周期为213 nm的一维Cr原子光栅结构进行了复制加工,得到了均匀的213 nm一维光栅,证明这种基于AFM探针的纳米机械刻蚀技术可被广泛应用于纳米加工.     

用SPM纳米刻蚀方法在Ti表面制备纳米结构的研究

本文用导电原子力显微镜（AFM）针尘诱导局域氧化反应的方法，在Ti膜表面制备了TiO2纳米结构。实验结果表明，Ti膜的氧化阈值为-7伏，制备的TiO2纳米线的最小线宽达到10nm，TiO2纳米线的高度和宽度随针尘偏压的增大而增大。在优化的氧化刻蚀条件下，通过控制针尘偏压和扫描方式制备出了图形化的TiO2结构，本研究表明基于导电AFM的纳米刻蚀技术将成为构筑纳米电子器件的重要工具。     

阳极氧化工艺参数对TiO_2纳米管形貌和性能的影响

采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列,研究电解液成分、阳极氧化电压、阳极氧化时间、电解液温度及氧化次数对纳米管阵列微观结构及形貌的影响,探讨了TiO2纳米管阵列生长机理,并采用SEM、表面粗糙度仪、接触角测量仪对所得TiO2纳米管阵列的形貌、粗糙度、亲水性及表面能进行了表征和分析。结果表明,阳极氧化后Ti表面活性增加,相比于其他阳极氧化工艺参数,电解液成分对样品表面粗糙度、接触角及表面能的影响更大。     

阳极氧化工艺制备氧化铝模板

多孔氧化铝模板是一种用于制作纳米结构材料的模板.为了制作出理想的模板,采用不同的阳极氧化工艺制备多孔氧化铝模板,通过改变工艺参数研究了模板孔径的变化规律,结果表明,在适宜条件下,纳米级氧化铝模板具有六方紧密堆积柱状结构,在每个六棱柱的中心有一个与膜表面垂直的圆柱孔.在一定范围内,随着氧化电压、电流密度、反应温度、铝片纯度的增加氧化铝模板的孔径也随之增加.     

阳极氧化法制备Ta2O5绝缘膜及性能研究

采用阳极氧化法在纯Ta表面制备绝缘性优良的Ta2O5介质膜,分析阳极氧化制备Ta2O5膜的基本机理,讨论不同电解液、阳极氧化电压及热处理等工艺参数对Ta2O5膜性能的影响.利用XRD、EDS和AFM分析薄膜的组织结构和表面形貌,超高阻微电流测试仪测试Ta2O5绝缘膜漏电流特性和耐击穿电压,结果表明,磷酸电解液中添加适当乙二醇溶液能有效地防止"晶化",阳极氧化电压在125～150V范围内制备Ta2O5绝缘膜耐击穿电压能力强,经350℃/60min大气气氛下热处理Ta2O5薄膜,内部结构致密,能有效提高Ta2O5绝缘膜耐击穿电压.     

AFM动态电场诱导氧化加工的电流分析

对Si表面动态电场作用下利用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)诱导氧化加工进行了实验研究,通过监测加工过程中的电流变化进行了加工机理和工艺的分析.施加的动态电场为方波,频率范围为1 Hz～10MHz,获得的氧化物高度为1 nm～2 nm.实验结果表明氧化加工过程中,探针、氧化物和Si之间构成了导体-绝缘体-半导体隧道结,其电容效应会影响氧化物的继续生成.采用调制电压进行诱导氧化加工可以提高氧化物的生长速度和优化氧化物的纵横比.实验得出采用频率约为10～100 Hz的调制电压,可获得最优的纵横比.     

TiO2纳米管阵列的制备及复阻抗分析

采用电化学阳极氧化法在HF酸水溶液中使纯钛表面生成结构致密有序的TiO2纳米管阵列薄膜,考察了阳极氧化电压和阳极氧化时间对TiO2纳米管阵列形貌的影响,讨论了TiO2纳米管的形成机理.采用复阻抗谱方法,测量了获得的TiO2纳米管阵列薄膜在不同湿度下的电阻-电抗曲线和相位角-频率曲线,由此分析得到,试样的等效电路由2个RC并联回路串联而成,并拟合出等效电路各元件的参数值,说明TiO2纳米管阵列薄膜表面对湿度变化有较好的响应.     

阳极TiO_2薄膜两步施加电压法制备参数对其形貌的影响

Ti的硫酸阳极氧化中硫酸的腐蚀性不足以溶解TiO2阻挡层,采用高温、高电压又会使膜纳米孔的孔径大于200 nm,使其应用范围受到限制.采用两步施加电压的方法,对钛阳极进行阳极氧化处理,以期在不同的工艺条件下制备具有不同孔径和孔密度的氧化钛薄膜.使用扫描电子显微镜考察了初始电压、终态电压、电解液温度、氧化时间等工艺参数对阳极氧化钛薄膜形貌的影响.结果表明,初始电压对氧化钛薄膜形貌的影响是通过改变电解液/阻挡层之间的界面条件来实现的;随着阳极氧化时间的延长纳米孔的孔径减小,孔密度增大;提高电解液的温度不影响纳米孔的形成过程,但对氧化钛薄膜的生长过程产生了比较大的影响.     

Ti6A14V表面纳米多孔氧化膜的电解制备及形成机理研究

在(NH4)2SO4/NH4F电解液中,采用阶段升压至预定电压,然后恒压阳极氧化在Ti6A14V表面制备出纳米多孔氧化膜.利用SEM、XRD对纳米多孔氧化膜进行表征.研究表明,电解液pH值和外加电压对纳米多孔氧化膜形成和形貌影响非常大.电解液的pH值=4.O,恒压为20V时,形成孔均匀规整的纳米多孔氧化膜,孔内径约为85nm.纳米多孔氧化膜形成机理是:首先钛合金表面钝化,在F-作用下钝化表面发生孔蚀而形成原始胚胎孔,然后胚胎孔处氧化膜在电场支持下发生场致溶解而成大孔.     

使用SPM的纳米级加工技术新进展

扫描探针显微镜(SPM)现在不仅用于表面微观形貌的检测，同时也用于纳米超精密加工和原子操纵，该文介绍了用STM和AFM进行纳米级加工的各种最新方法：针尖直接雕刻，针尖光刻加工，局部阳极氧化，原子沉积形成纳米点，原子去除形成沟槽微结构，多针尖加工，原子自组装形成三维结构等．使用SPM的纳米级加工对发展微型机械、纳米电子学和微机电系统具有重要意义．     

高度有序多孔阳极氧化铝膜形成机理的探讨

使用高纯铝片,利用电化学阳极氧化制备了多孔阳极氧化铝(AAO)膜,用原子力显微镜(AFM)对其形貌进行了表征,提出铝阳极氧化过程中纳米孔从无序到有序的自组织模型,探讨了高度有序六角形纳米孔阵列的形成过程,并分析了影响纳米孔有序度的因素及提高有序度的途径.根据自组织模型探讨了长时间阳极氧化和二次氧化条件下形成高度有序六角形纳米孔阵列的机理.     

阳极氧化电压对TiO2纳米管阵列生长及场发射性能的影响

室温下在HF水溶液中,利用阳极氧化法在纯钛表面制备了规则有序的TiO2纳米管阵列,应用场致发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对纳米管阵列表面形貌、断面结构及元素组成进行表征,并对所得样片的场发射性能进行测试,研究了阳极氧化电压对TiO2纳米管阵列形貌及场发射性能的影响.结果表明:在一定范围内增大氧化电压,可增大纳米管的管径、壁厚和管长,但壁厚变化比较小.随着氧化电压的增大,开启场强先降低后增大.当氧化电压为10 V时,所获得的TiO2纳米管阵列开启场强最低,为3.15 V/μm,在6h内8 V/μm电场下保持了稳定的场发射,电流密度为0.85 mA/cm2.     

纳米片修饰铜中空纤维膜的制备及电芬顿降解苯酚性能研究

通过湿法纺丝—气氛烧结技术制备了中空纤维金属铜膜,使用电化学氧化法构筑了氧化铜垂直纳米片结构,并研究了其电芬顿降解苯酚的性能.重点探究了纺丝参数(外凝固浴乙醇含量和氮气压力)和烧结温度对铜中空纤维膜结构、孔径、机械强度等的影响.探究了阳极氧化时间和表面活性剂含量对氧化铜纳米片结构形貌的影响.在最佳条件下,即阳极氧化时间...     

铝阳极氧化法构建双重纳米结构

利用二次阳极氧化法在纯铝表面构建出具有纳-纳双重层级结构的阳极氧化膜.溶去一次阳极氧化膜所形成的纳米坑为一级结构,二次阳极氧化形成的纳米孔为二级结构.纳米坑和纳米孔的直径取决于阳极氧化电压、电解质种类、电解液温度等工艺条件,并在一定范围内独立可调.延长一次氧化时间可以提高纳米坑阵列的规整度;延长二次氧化时间将使一级结构即纳米坑的深度变浅.     

基于NMM的AFM测试分析原子光刻纳米光栅样板

利用激光汇聚中性铬原子沉积出一维纳米光栅样板的基础上,基于 NMM的AFM测量系统对样板进行了测试分析和测试方法研究,得到一维纳米光栅结构平均节距为212.6±0 4nm,与52Cr原子共振跃迁(7S3→7P04)的半波长(λ/2)理论值212.8nm基本一致,测试结果非常准确.文章还介绍利用NMM测量机的大范围扫描测试距离,解决了光栅样板的测试区域快速定位的问题,对研究纳米级精度测量有实用价值及参考意义.     

阳极氧化电压对钛合金TC4阳极氧化TiO_2膜层表面的影响

在草酸盐、硅酸盐和磷酸盐电解液体系中,在钛合金Ti-6Al-4V(TC4)表面制备阳极氧化TiO_2膜层,研究了TiO_2膜层的表面显微结构、化学组成和生物活性。在室温用恒压阳极氧化法制备TC4表面阳极氧化TiO_2膜,以TC4为阳极,不锈钢为阴极,电解液组成为:20 g/L的Na_2C_2O_4、10 g/L的Na_2SiO_3·9H_2O、9.25 g/L的NaH_2PO_4和2 g/L的NaOH,阳极氧化电压为10-120 V,氧化时间50 min,电源频率200 Hz。用XRD、AFM、SEM及XPS等手段分别测量了膜层的物相、三维形貌、氧化膜层表面的显微结构及化学组成。结果表明:氧化电压对TiO_2膜层的物相组成基本没有影响,氧化膜层呈非晶态TiO_2。当氧化电压为30 V时,TiO_2膜层表面由孔径1.3μm左右的孔和凸起颗粒组成的粗糙结构,随着氧化电压增加表面凸起颗粒逐渐减少,粗糙度降低,当氧化电压为100 V时场致溶解的作用使TiO_2膜层表面凸起颗粒不明显,TiO_2膜层表面的粗糙度低于TC4基体,表面孔径为240 nm。TC4阳极氧化TiO_2膜层表面的微纳米结构和大量的羟基—OH,有利于提高TiO_2膜层的生物活性和骨生长特性。     

阳极氧化对镁合金在仿生溶液中降解性能影响的研究

利用电化学测试技术和浸泡试验研究了几种电压下的阳极氧化工艺对镁合金在Hank’s仿生溶液中降解性能的影响,同时对Hank’s溶液浸泡前后的氧化膜的形貌和成分进行了比较分析,以探讨氧化膜在仿生溶液中的降解行为。研究表明,随阳极氧化电压增大,阳极氧化膜表面的孔隙增大,电压升至110V时,试样表面烧蚀,阳极氧化膜疏松,平整度较差。阳极氧化提高了镁合金的耐蚀性,100V下的阳极氧化试样具有最大的涂层电阻,90V下阳极氧化试样具有最大电荷转移电阻和极化电阻。阳极氧化处理后的试样在Hank’s仿生溶液中可延缓镁合金降解1周左右,随后析氢速率有所增高。其中110V电压下生成的阳极氧化试样自腐蚀电位降低,浸泡1周后的析氢量明显高于其它试样。浸泡过程中,随着阳极氧化层的溶解,Hank’s溶液中的磷酸根和钙离子沉积在氧化层表面形成磷酸钙盐,其产物进入氧化膜的小孔内,形成无孔表面。