基于一维纳米材料的分支异质纳米结构的构筑与性能

本项目以不同材料一维纳米结构组成的分支形貌异质纳米结构为对象，研究它们的构筑技术、微观结构及相关性能。在构筑技术方面，以具有分支结构纳米孔的阳极氧化铝为模板，采用电沉积技术、选择腐蚀技术以及化学气相沉积技术相结合，构筑由可电沉积材料的纳米线与化学气相沉积法生长的纳米线组成的、具有多种几何排列方式的分支形貌异质纳米结构；同时，采用不同原料的分步化学气相沉积法，构筑不同材料一维纳米结构组成的异质复杂结构。在微观结构方面，研究分支形貌异质纳米结构在"异质材料连接界面处"的微观结构，澄清这些结构的形成机理，进而指导构筑高质量的试样。在性能方面，研究这些新结构的光、电及对气体介质的敏感性能；进而探索其应用前景。该项目的实施，将发展基于不同材料一维纳米结构组成的复杂形貌异质纳米结构的构筑技术；对构筑分级形貌的异质纳米结构具有指导意义；为由这些新结构组成的光、电和敏感等多功能纳米器件的研制提供科学依据。

一维纳米材料(结构)是指在两维尺度上为纳米级、一维尺度为微米及以上尺度的材料，主要包括纳米管、 纳米线、纳米电缆、纳米带等。它们不仅具有重要的科学意义(是研究介观领域研究的理想模型材料)，而且具有重要的应用前景(是纳米器件与系统的重要构成单元，包括电子、光电子、生物传感及电子机械系统)，既可作功能元件，也可作联接导线，具有一箭双雕或一举两得的功效。与简单的一维纳米结构相比，异质复杂纳米结构是由不同材料的简单一维纳米结构按照一定的规律构成的复杂结构，它既保留了单一材料简单形貌一维纳米结构单元的性能；同时，由于单元之间的相互耦合，又赋予新性能与功能。因此，异质复杂纳米结构的功能更多、性能更优、应用更广、前景更好，是近年来国际上的研究热点之一。其中，要研究其性能与实现应用，构筑(制备、合成)是前提与基础，对形貌、结构和成分的控制是关键。在本项目执行期间，发展了几种构筑异质复杂一维纳米结构的普适方法；构筑了一系列由多种材料组成的异质复杂一维纳米结构及其阵列；对其光电性能进行了研究，发现异质复杂一维纳米结构确实比简单一维纳米结构具有更好的性能与更多的功能，尤其是异质复杂一维纳米结构阵列对环境介质中的痕量污染物具有很高的敏感性。项目执行期间共发表SCI论文25篇。其中，影响因子(IF)大于5的14篇，IF大于10的8篇。包括国际材料类知名刊物德国先进材料Adv. Mater.两篇、化学类国际知名刊物德国应用化学Angew. Chem. Int. Ed. 一篇、国际纳米类知名刊物美国纳米快报Nano Letters一篇、美国化学会纳米ACS NANO两篇、国际功能材料类知名刊物德国功能材料Adv. Funct. Mater.两篇。与此同时，我们还注意到知识产权的保护，项目的相关研究内容申请中国发明专利18项。研究结果对异质复杂一维纳米结构及其阵列在纳米器件中的应用提供了科学依据，奠定了实验与相关技术基础。