[發明專利]同軸電纜結構Ag/C納米互連線的制備方法

無效

• 申請號: 201210166406.8
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN103447546A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 唐少春;孟祥康;施巍嘯;趙偉博;李谷駿;林烈雄
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/02;C30B7/10;C30B29/02;C30B29/62
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技術領域

本發明涉及應用于微型器件的金屬互連納米線及其制備方法，尤其是具有同軸電纜結構、長度可達數百微米的Ag/C納米線(Ag線為核，碳包覆層為殼)的制備方法。

背景技術

金屬納米線由于在微型器件中具有廣闊應用前景而成為國際上被廣泛研究的焦點。它們常被用作電子、光學和納米傳感器件中的互連材料和功能構建單元。它們也是研究小尺寸金屬材料的電、熱傳輸行為對其維度和尺寸依賴性的首選材料。然而，納米線由于具有很高的比表面積，極易發生氧化和性能失效。實驗證實，裸露的金屬(如鍺、鉬、銀、銅等)納米線在溫度較高的條件下經歷很短時間就會被氧化。將金屬線表面包裹一層或多層熱穩定性較好的材料構成的同軸電纜結構能夠克服這一問題。同時，納米包覆能有效防止內部金屬核被腐蝕，這種同軸電纜結構是研究單根金屬納米線的性質(如超導性)以及在納米器件上應用的理想互連單元。

金屬銀由于具有高的室溫導電率，很有希望成為下一代微型電子器件的互連材料。通過加工成一維納米結構，銀的力學性能會顯著增強；研究表明，截面形狀對納米線的電學和機械性能具有重要的影響。有關同軸電纜結構Ag/C納米線的制備，已經有許多方法被報道，如溶膠凝膠法，激光燒蝕法和化學氣相沉積法等。這些方法都是基于兩步法，即首先制得Ag納米線，然后在其表面進行納米包覆。因此步驟繁瑣，納米包覆的條件苛刻，成本較高，不易轉化為大規模生產。特別是，碳包裹不同尺寸、不同截面形貌的銀納米線的制備仍未見有報道。因此，發展一種簡單、快速、經濟且適用的制備方法，對具有特定截面的同軸電纜結構Ag/C納米線的制備及其產業化具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的：提出一種制備具有同軸電纜結構、長度可達數百微米的Ag/C納米互連線的方法。通過調節十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)濃度、硝酸銀濃度和反應時間等反應參數，實現其橫截面的形貌和尺寸控制。該方法還可推廣到其它碳包覆金屬的同軸電纜結構納米線的制備，克服了傳統方法成本高、能量損失大、操作復雜，無法有效控制Ag納米線的截面形貌、尺寸及碳包覆層厚度的技術難題。

本發明的技術方案：一種同軸電纜結構C包覆Ag納米互連線的制備方法，長度可達數百微米，以葡萄糖既作為還原劑又作為碳源、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為金屬生長的形貌控制劑；CTAB與硝酸銀摩爾比為1.4∶1-21∶1之間，葡萄糖與CTAB的質量比為1.4∶1-10∶1之間；依次溶于去離子水中得到反應混合溶液；葡萄糖、CTAB和硝酸銀和質量比為1-2∶0.2-0.6∶0.02-0.05，為使固體完全溶解，可超聲10-20分鐘；取混合溶液至反應釜中，在160-200℃范圍內某一恒溫條件下反應4-8小時；反應釜被自然冷卻至室溫，為除去溶液中的殘留物，產物經反復離心、清洗，最后在真空或者N₂保護氣氛下50±10℃干燥。烘箱中烘干或干燥6h以上。

本發明是以葡萄糖、CTAB和硝酸銀的混合溶液為原料，制備方法為一步水熱法，采用CTAB為形貌控制劑。在反應釜填充率為80vol％)；得到所需的同軸電纜結構Ag/C納米線。所制備的同軸電纜結構Ag/C納米線是由平均尺寸為30±5nm的銀納米線(內核)和碳納米包覆層所構成。

使用0.07M葡萄糖、7-21mM的CTAB和1-5mM硝酸銀；硝酸銀的最佳濃度范圍為1-5mM。當濃度大于5mM時，產物為銀納米粒子/碳球。

0.07M葡萄糖時、CTAB為7-9mM時，內核銀納米線的截面為圓形，當CTAB為13-15mM時，內核銀納米線的截面為正五邊形。

水熱法所采用的原料為廉價的葡萄糖及硝酸銀試劑，形貌控制劑為CTAB。

室溫或者略高于室溫條件下均可配制溶液。

與已有報導的方法相比，本發明的水熱法不需要任何模板，步驟簡單，一步水熱反應可實現同軸電纜結構Ag/C納米互連線的大規模制備，克服了模板法(如電化學沉積、化學氣相沉積)和兩步法(如溶膠凝膠法等)步驟復雜、價格昂貴的缺點。制得的同軸電纜結構納米互連線中內核Ag線的橫截面形貌、尺寸以及碳層厚度均可調控。碳(殼)的包覆有利于防止納米銀核的氧化、腐蝕，從而提高其化學反應活性和熱穩定性。Ag/C同軸電纜結構具有優異的電學和機械性能，在電子、光學和傳感納米器件中作為互連與功能單元具有巨大的潛在應用價值。此外，該方法裝置簡單、操作簡便、可控性好、易實現規模化生產。尤其是，由于具有很強的適用性，該方法可推廣到其它同軸電纜結構納米線的可控制備及工業化生產。

本發明的有益效果：