文摘

六角形纳米阵列Au纳米棒和nanopillar沉积在纳米多孔阳极氧化铝膜(PAA)利用直流电镀。表面形态特征和光学特性,利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外可见分光光度计,分别。光学反射光谱的好,毛孔扩大,和2 d-au nanorods-coated PAA详细膜进行了研究。事件的角度的影响,毛孔扩大,和电沉积时间的特征峰位置和强度的纳米阵列被解决。随着入射角度的增加,干扰峰和横向表面共振转移到更长的波长,但纵向表面等离子体共振是转移到更短的波长。反射的强度也降低了线性好样品和减少指数Au / PAA样本。使用修改后的Kubelka-Munk辐射传输模型,能量差距从2.83增加到3.06 eV和折光率却降低了从1.84到1.36的好了,70分钟毛孔扩大PAA膜,分别。根据制造方法的优点和增强和控制属性,这一代的Au / PAA数组可以用作高效纳米电子学和纳米光子装置的构建块。

1。介绍

近年来,多孔材料吸引了太多的利益由于其广泛的应用[1- - - - - -3]。其中,纳米多孔阳极氧化铝(PAA)被广泛用作膜在各种纳米结构的制备3,4]。两步阳极氧化膜广泛用于制造PAA是因为便宜的设备,简单的技术和高可控性的过程5]。PAA膜的应用可以延长沉积金属纳米结构在纳米孔或在他们的前表面4,6]。进行,机械,光学性质的PAA膜可以改善(1,6]。不同的纳米管、纳米棒、纳米颗粒和纳米线已经成功PAA的毛孔内沉积膜(7- - - - - -9]。然而,制服和低价的毛孔内沉积的金属纳米结构PAA了关注由于其广泛使用作为传感器基于基质表面增强喇曼散射(ser),激光诱导荧光(生活)和电化学测量(3,10- - - - - -12]。

另一方面,PAA膜的光学特性已经被许多作者广泛解决(12- - - - - -15]。因为PAA膜显示与很小的饱和,鲜艳的颜色,颜色的纳米结构总是与他们的纳米孔密封,增加和修改的颜色饱和度(16,17]。同时,Au纳米阵列的光学特性进行了广泛的研究(6,18- - - - - -20.)来识别他们的表面等离子体共振相互作用。可以使用这些表面等离子体的相互作用增强,指南,和修改小说纳米阵列的光学领域,如光子晶体(21基于ser)、传感器(11,22)、激光诱导荧光、近场显微镜(3]。特别是,Au纳米阵列显示的功能纳米非盟展览局部表面等离子体共振(LSPRs)和平面非盟电影传播表面等离子体共振(PSPRs) [6,19,23]。同时,内部Au纳米阵列之间的耦合会导致能量的变化和分裂的简并模式,一个突出的影响普通纳米阵列(24]。

在我们先前的研究,不同的金属纳米结构的外表面上加载了PAA膜如非盟、Cr、Pt, Sn [12,19,25,26]。也不同参数的影响,如Au-particles大小,孔隙直径、PAA厚度、两极分化的状态,和角度的光学性质的事件得到解决(4,19]。这些研究表明表面等离子体增强的PAA干扰。最近,Shaban研究PAA孔隙的影响厚度和入射光的偏振状态的表面等离子体模式六角形阵列Au纳米粒子生长的活性点顶部PAA水膜的表面磁控溅射(4]。此外,不同的方法被用来存款盟奈米棒阵列PAA的毛孔内。其中,电沉积是最有前途的方法之一,因为它是一个简单,低成本,高通量技术(27]。以前,我们使用复合阴极极化(CP)和孔隙扩大(PW)方法消除半球形阻挡层(10 ~ 30 nm),防止同质电镀,PAA毛孔和铝衬底之间(28]。然后Au纳米填充系数100%的毛孔内沉积的PAA没有底膜屏障层(6]。我们只显示比例和角度的影响事件的金纳米棒的表面等离子体共振效应下的偏振光(6]。然而,其他因素会影响这些纳米结构的光学性质包括沉积时间,纳米棒的形态,PAA膜的孔隙直径,和非偏振光的入射角度。所有这些因素使得有必要有实验数据,可以关联参数PAA毛孔内沉积Au纳米阵列的光学特性。在这里,我们研究了影响组合(CP和PW)法和电沉积时间PAA和非盟/ PAA形态和光学性质根据非偏振光照明事件在不同的角度。

2。样品制备和表征

两步阳极氧化结合CP和PW过程被用来制造PAA膜均匀孔隙直径(6,28]。第一阳极处理过程中执行0.3草酸40 V和9°C 3 h。删除后不均匀的纳米多孔氧化铝层,第二阳极处理在同一条件进行10分钟,其次是barrier-thinning过程。阻挡层变薄是连续下降40 - 15 V的直流电压0.1 V / s的速度,然后维持在15 V为5分钟。毛孔扩大进行了60或70分钟10分钟后阴极极化(6,28]。非盟纳米膜沉积在PAA从氰铅锌盟电镀解决方案(ECF-33B由N.E. Chemcat公司、日本)使用电流直流电镀5 mA在57°C不同长度的时间6]。

场发射扫描电子显微镜(FE-SEM地产- 7500 f / JEOL)是用于研究的形态和结构性能的纳米阵列。光学反射的光谱范围从350到1000纳米测量使用UV / VIS / NIR 3700双光束在RT日本岛津公司分光光度计。

3所示。结果与讨论

3.1。形态学研究

FE-SEM预先埋设的表面性质,posttreated,非盟- PAA膜。图1(一)说明前视图和剖视图FE-SEM的图像和PAA膜。六角排列纳米孔形成在PAA膜。~ 26.5±3纳米孔径,interpore距离~ 100 nm,孔隙密度~ 1.13×10¹⁰厘米⁻²。顶部和横断面的插图FE-SEM图像清楚显示一些羊群像艾尔的存在₂O₃在纳米孔,影响普通圆孔的形状。从横断面图像,PAA层的厚度是667海里,然后增长率为66.7 nm /分钟。横断面图像的插图说明了存在的半球形阻挡层厚度< 60 nm。

数据1 (b)和1 (c)FE-SEM PAA的图像展示膜posttreated 10分钟CP其次是60分钟(b)和(c) 70分钟PW的过程。显示在前视图和剖视图图像,通过增加毛孔扩大,毛孔的规律增加,缺陷或裂缝的数量减少,六角安排的同质性增加。同时,孔隙直径增加和纳米60分钟和70分钟PW分别。然后,孔隙率扩大毛孔被发现0.75 nm /分钟。从横断面图的形象1 (b),阻挡层的厚度却降低了60分钟PW后< 15海里。此外,横断面图像,图1 (c),显示完整的去除阻挡层。

图2FE-SEM PAA的图像显示孔隙直径78.5,71.4,和71.4 nm,分别与非盟- 5 mA和57°C (a) 3分钟,4分钟,(b)和(C) 6分钟。高密度和对齐的六角盟PAA毛孔内垂直奈米棒阵列生长大面积,如图2(一个)。毛孔的填充系数是100%。的平均直径骑沉积Au纳米阵列~ 85.7海里,这是大于起始PAA毛孔的直径;这意味着,在电沉积过程中扩大毛孔。这可能归因于非盟电镀溶液的腐蚀效应和温度(29日]。同时,阵列的高度几乎等于孔隙高度(667海里),宽高比是AR = 7.8。在某个毛孔,毛孔墙壁都裂开了,和金纳米棒是合并,如箭头所示。

检查的影响沉积时间的形态产生奈米棒数组,我们使用两个PAA膜较小的孔隙直径(71.4海里)捏造减少PW时间60分钟作为工作电极在电沉积。通过增加沉积时间从4分钟到6分钟,纳米棒的形态从圆柱形状调整支柱形状如图2 (b)和2 (c)。沉积纳米棒的高度大于PAA毛孔的高度。从这个图如图所示,同质性和非盟的六角形排列纳米棒改进除了高度和直径的可控制性。平均沉积纳米棒的直径大约是78.4海里。改进结构沉积金纳米棒的属性可以归因于半球形的均匀去除阻挡层,导致改善粘附基质和更好的高度和直径控制和均匀的纳米棒。

3.2。PAA膜的光学特性和非盟/ PAA复合材料

图3(一个)显示反射光谱和PAA膜以不同角度的事件增量1海里。这些光谱归一化铝镜的反射。PAA改变的平均反射率从75%到67%的角事件增加。这意味着散射的散射系数,从而影响极小的PAA膜nm。好看干扰下降和山峰反射光谱中观察到,这意味着高品质的PAA膜制作的。这些山峰和下降源于反射波之间的建设性和破坏性的干扰来自Al / PAA和PAA /空气界面。峰的宽度随着波长的增加增加与减少。通过增加入射角,干涉条纹的对比度降低。增加事件的角度变化的峰值反射率光谱线性长波长如图3(b)与布喇格定律是一致的。如插图所示值的图3(b),Δ峰之间的分离,增加事件的角度和波长增加。此外,山峰的反射率%降低线性的山峰,如图3(c)。随着入射角的改变,有效孔径和有效介电常数的光也改变了修改根据Maxwell-Garnet有效介质近似(19]。下面的吸收带400海里与吸收系数的减少有关。周围的干扰峰450海里远强于他人。这可能归因于PAA的蓝色发射频带可以归因于混合排放从F和F⁺中心所讨论的纳西尔et al。30.]。

使用布喇格定律和干涉条纹图的反射光谱3(一)、有效折射率、,可以计算使用19] 在哪里和两个相邻的波长是最大值或者最小值,是事件的角度,PAA的厚度。计算平均值被发现。

的能量带隙可以从扩散反射光谱,计算数字3(a),通过应用修改Kubelka-Munk辐射传输模型(31日]。吸光度可以计算使用,在那里是反射波长更长时间的最大值比漫反射率下降的吗是反射。图的插图3(一个)显示了PAA膜的吸光度计算频谱。带隙波长,因此可以推断得到的能隙的长波吸收峰的边缘吸光度的零线。计算的值的带隙能量和膜被发现电动汽车。

图3(d)显示反射光谱测量在不同入射角度对PAA膜后处理后10分钟CP和70分钟PW。这些光谱的主要功能类似的人物3(一),但更广泛的边缘,较弱,更多的转移到更长的波长。此外,峰值位置的行为和事件的角度几乎是指数,如图3(e)。此外,峰值反射率的变化与事件的角度呈现在图3(f),它显示了一个线性降低峰值我为峰II和III和非线性行为。这可能是由于和归因于这个乐队非常接近的存在PAA的发射光谱带的混合排放从F和F⁺中心。计算值的带隙能量膜被发现电动汽车。

比较的影响孔隙扩大时间PAA的光学反射膜,人物3(g)显示了两个的光学反射光谱PAA膜孔扩大60 - 70分钟。平均反射率和峰值强度降低和带宽增加毛孔扩大时间增加。指数峰值位置红移的PW时间减少,人物3(h)和峰值反射率%非线性减小,人物3(h)。折射率计算使用(1)在PW = 60分钟在PW = 70分钟。

图4(一个)显示的反射光谱PAA膜孔扩大70分钟和非盟在5 mA - 57°C 3分钟30的入射角度,45岁和60。横向表面等离子体共振(TSPR [6,19),最低我)出现在各个角度在423到465纳米之间。它的位置略红移和依赖于入射角如图4(b)。另一方面,纵向表面等离子体共振(LSPR [6,19,23),最低2)强烈蓝移和依赖于入射角。它的变化从674年到480海里随着角度的增加从30°60°。在60°,LSPR和TSPR非常接近对方,和两个极小值合并广泛最低的插图所示图4(a),可以看到从图4(c)的强度最小值(反射%)的表面等离子体共振与入射角非线性降低。对于大角度入射,光波的电场振荡有一个小的组件骑轴平行,因此与太阳能发电和大型组件交互平行杆直径,从而与TSP进行交互。从这个数据,很明显,这种复合光学各向异性的单轴的对称。

数据4(d)和4(e)显示,在30°角反射光谱测量和获得盟奈米棒纳米阵列的圆柱形状,形状和支柱。圆柱形的奈米棒阵列,图4(d), TSPR LSPR位于410和586海里,分别。值都是蓝移盟/ PAA相比综合图4(一),这可能归因于以下几个原因。首先,纳米棒的长度在这个示例大于PAA毛孔的高度,然后介质环境的变化₂O₃空气在顶部表面的奈米棒阵列可能导致蓝移(6]。其次,这个阵列的纳米棒很近,然后interrod耦合强度增加,并可能导致强烈的蓝移(32]。对非盟nanopillar数组,图4(e),强大和宽反射峰值集中在471 nm 200纳米的应用。这可能意味着TSPR的蓝移nm。同样,只有两个弱极小值集中在643 - 858纳米,这可能是与LSPRs有关。强大的增强等离子体场发生在接触表面之间的金纳米棒和导致superfocusing电磁波。然后,PAA强烈的反射波调制Au纳米棒的六角形阵列。

4所示。结论

总之,我们已经成功地- Au纳米棒阵列的毛孔内PAA膜不同的直径。的形态、结构和光学特性好,posttreated, Au-coated PAA膜研究了FE-SEM和紫外可见分光光度计。结合的效果(阴极极化和毛孔扩大)法和电沉积时间PAA和非盟/ PAA形态和光学性质的照明下非偏振光事件在不同角度解决。通过增加毛孔扩大,毛孔的规律增加,缺陷或裂缝的数量减少,六角安排的同质性增加。通过增加沉积时间从4分钟到6分钟,纳米棒的形态从圆柱形状调整到柱子的形状。通过增加入射角,干涉条纹的对比度降低,峰值是线性转移到更长的波长,以及峰值增加之间的分离。使用修改后的Kubelka-Munk辐射传输模型,PAA的能量差距从2.83增加到3.06 eV 70分钟后毛孔扩大。此外,折光率却降低了从1.84到1.36的孔扩大时间增加到70分钟。TSPR是红移从423年到465海里,LSPR蓝移674至480海里的角度从30°增加到60°。spr强烈杆形态学的影响。 The advantages of the fabrication approach and the enhanced and controlled optical properties make these samples suitable for nanophotonic and nanoelectronics devices.

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这部分工作是科技发展基金支持的埃及(STDF)项目(批准号4617)。