[發明專利]納米結構的制備方法

有效

• 申請號: 201410324459.7
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN104192792A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 王佳平;姜開利;李群慶;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

本發明為公開號為CN101734618A(以下簡稱申請A)的分案申請，申 請A的申請日為2009年07月21日，申請號為200910161447.6，發明名稱 為納米結構的制備方法。申請A為申請號為200810217816.4(以下簡稱申請 B)的分案申請，申請B的申請日為2008年11月14日，發明名稱為納米線 結構的制備方法。

技術領域

本發明涉及一種納米結構的制備方法，尤其涉及一種采用模板法制備納 米結構的方法。

背景技術

納米材料在基礎研究和實際應用，如：催化、傳感等方面有著巨大價值。 因此，納米材料的制備方法成為研究的熱點。目前，納米材料的制備方法可 分為自發生長法(spontaneous?growth)、模板合成法(template-based?synthesis)、 電紡紗法(electrospinning)、平板印刷法(lithography)等。

現有技術提供一種電紡紗法制備二氧化鈦納米線的方法，請參見 “Fabrication?of?Titania?Nanofibers?by?Electrospinning”(Dan?Li?et?al,Nano? Letters,vol.3,No.4,p555-560(2003))。該方法將礦物油與聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)的乙醇溶液以及二氧化鈦前驅體混合制得漿料，然后通過電紡紗制 備二氧化鈦納米結構。進一步，通過加熱使礦物油與聚乙烯吡咯烷酮蒸發， 可以得到純的二氧化鈦納米結構。該二氧化鈦納米結構包括多個二氧化鈦納 米線，且形成一自支撐結構。雖然電紡紗法可以制備長度較大的納米線且可 以將其制備成一具有自支撐結構的納米結構，但是，電紡紗法通常需要專門 的電紡紗設備，需要一高電壓，且需要先將紡紗原料配制成一漿料。所以， 采用電紡紗法制備納米材料工藝復雜，成本較高。

碳納米管(Carbon?Nanotube,CNT)是一種新型納米結構，由日本研究人員 Iijima在1991年首次于實驗室制備獲得，請參見“Helical?Microtubules?of? Graphitic?Carbon”(S.Iijima,Nature,vol.354,p56(1991))。由于碳納米管具有 一維形貌以及化學、熱方面的穩定性，成為模板合成納米材料的理想模板。

現有技術提供一種采用碳納米管作為模板生長氮化硅納米線的方法，請 參見何艷陽等于2005年12月19日申請的中國公開專利申請第CN1803586A 號。該方法包括以下步驟：將硅粉與納米二氧化硅粉按一定的重量比混合； 提供一雙層剛玉舟，并將該硅粉與納米二氧化硅粉的混合物置于該雙層剛玉 舟的下層；將一定量的碳納米管粉末置于該雙層剛玉舟的上層；將該雙層剛 玉舟置于一含氮氣的高溫爐中進行還原和氮化反應，在碳納米管表面生長氮 化硅納米線。該反應過程中，首先是固態的Si和SiO₂反應生成SiO氣體， 然后生成的SiO氣體與氮氣反應，并在碳納米管表面生成氮化硅納米線。與 電紡紗法制備納米材料相比較，模板法工藝簡單，易于操作，成本低廉。

然而，上述采用碳納米管作為模板生長納米材料的方法具有以下不足： 第一，作為模板的碳納米管為粉體材料，其長度有限，所以制備的氮化硅納 米線長度較小；第二，采用碳納米管粉體作為模板不易控制產物形貌；第三， 碳納米管粉體分布不均勻，且容易團聚，影響產物的尺寸及均勻性；第四， 該方法制備的氮化硅納米線無法形成一自支撐結構(所謂自支撐結構是指該 結構可以無需一基底而保持一特定形狀，如線狀或膜狀)，限制了其使用。

范守善等人于2002年提出一種制備碳納米管繩的方法，請參見公告日 為2008年8月20日的中國公告專利第CN100411979C號；于2005年提出 一種制備碳納米管絲的方法，請參見公開日為2007年6月20日的中國公開 專利申請第CN1982209A號；于2007年提出一種制備碳納米管薄膜結構的 方法，請參見公開日為2008年8月13日的中國公開專利申請第 CN101239712A號；于2007年提出一種碳納米管薄膜的制備方法，請參見 公開日為2008年12月3日的中國公開專利申請第CN101314464A號；于 2007年提出一種碳納米管薄膜的制備方法，請參見公開日為2007年4月13 日的中國公開專利申請第CN101284662A號。該碳納米管繩，碳納米管絲或 碳納米管膜均為具有一自支撐特性的宏觀碳納米管結構。