[發明專利]一維納米材料植入金屬電極表面的方法

有效

• 申請號: 201010210005.9
• 申請日: 2010-06-26
• 公開（公告）號: CN101880025A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 丁桂甫;鄧敏;王艷;崔雪梅
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種納米材料技術領域的方法，具體是將一種一維納米材料植入金屬電極表面的方法。

背景技術

二十世紀初，一維納米材料研究取得了突出進展，特別是將其組裝成了電極，《Science》雜志將其列為當年的重大科學突破，如今一維納米材料已經成為納米材料研究中最熱門的領域。一維納米材料主要包括納米線、納米棒、納米帶、納米管、納米纖維等，由于其不僅具有通常納米材料所具有的表面效應、量子尺寸效應和小尺寸效應等，還具有其獨特的熱穩定性、機械性、電子傳輸和光子傳輸性、光學性質、光電導和場發射效應等，使其具有廣泛的應用前景。

得意于這些獨特的性能，將其植布于金屬表面作為電極，可制備性能優異的場發射器件、氣體離化傳感器、電化學傳感器等多種器件。

經對現有技術的文獻檢索發現，J.Justin?Gooding，Electrochimica?Acta(電化學學報)50期，2005年3049-3060頁，“Nanostructuring?electrodes?with?carbon?nanotubes：A?review?onelectrochemistry?and?applications?for?sensing，”(碳納米管修飾納米結構電極：電化學機制及其在傳感領域的應用)，Jung?Inn?Sohn等在《Current?Applied?Physics》1(2001)，61-65上發表的文章“Large?field?emission?current?density?from?well-aligned?carbon?nanotube?fieldemitter?arrays”(定向碳納米管場發射陣列的高密度場發射電流研究)，Peidong?Yang等在《ADVANCED?FUNCTIONAL?MATERRIALS》(2002)，323-331上發表的文章“ControlledGrowth?of?ZnO?Nanowires?and?Their?Optical?Properties”(ZnO納米線的控制生長及它們的光學性質)，在將一維納米材料植入金屬電極表面主要通過以下技術途徑實現：

(1)在金屬表面用光刻技術做出一層特定分布的催化劑薄膜，再用化學氣相沉積(CVD)或其它方法在催化劑圖形表面生長一維納米材料。

(2)將一維納米材料分散在漿料中，用絲網印刷的方法將其印在金屬電極上，然后去除溶劑，將粘合物材料燒結，硬化；

(3)對一維納米材料進行表面改性后，自組裝至電極表面。

(4)制備聚合物一維納米材料復合材料或純一維納米材料薄膜直接用作電極。

(5)用Nation等粘接劑等將一維納米材料粘合在電極表面或無粘接劑的條件下，將一維納米材料分散液直接滴在金屬電極表面；

分析上述技術可以發現，在一維納米材料與金屬電極的電連接，機械結合以及與此相關的器件壽命等方面存在比較明顯的不足。

絲網印刷法工藝成本低，適合于大面積制備，但是有機殘留物難以徹底清除，高溫燒結處理的工藝兼容性差，電極表面平整性差，加工精度低。直接生長法通過在襯底材料上的催化劑作用生長出一維納米材料，這種方法制備的一維納米材料形態良好，分布可控，但是工藝成本高，工藝兼容性差，容易對先形成的部件造成損傷。使用粘接劑時，粘接劑容易包覆在一維納米材料表面，影響了器件的靈敏度和精度，而不采用粘接劑時，一維納米材料在金屬表面的含量有限，結合不牢固，會對器件壽命產生不利影響。采用聚合物基復合材料作為電極同樣會由于機體導電性能差而造成器件性能的下降。純一維納米材料薄膜造價高，單根一維材料與電極表面的結合強度低，自組裝法雖然可以實現一維納米材料在電極表面的垂直組裝，但是同樣難以確保一維納米材料與電極之間的牢固結合，因而影響器件壽命。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種一維納米材料植入金屬電極表面的方法，能使一維納米材料一部分根植于在金屬中，與金屬形成牢固結合，其余部分暴露在外，形成功能界面，最終使一維納米材料形成植入并均勻分布在金屬表層的“植布”效果。本發明可以用于制備高性能場發射器件，氣體離化傳感器和電化學傳感器等多種以一維納米材料與金屬基底結合的修飾電極為核心結構的器件中。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括如下步驟：

第一步、對一維納米材料進行包含切短、純化、表面改性的預處理；

所述的預處理包括：