[發明專利]一種制備金屬微納米結構的方法

有效

• 申請號: 201610518239.7
• 申請日: 2016-07-04
• 公開（公告）號: CN107572476B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 劉澤
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 馬麗娜

本發明公開了一種制備金屬微納米結構的方法，該金屬包括純金屬或金屬合金，首先加熱金屬或金屬合金，然后施加載荷將加熱的金屬或金屬合金壓入具有微納米結構的模具，以形成具有微納米結構的模具和金屬或金屬合金的復合結構；然后去除復合結構中的模具，以形成金屬或金屬合金微納米結構。本發明首次應用熱塑性壓印法在低于材料熔點溫度下制備出小于金屬晶粒尺寸的金屬或金屬合金微納米結構：制備方法簡單、成本低、產率高、精度高且尺寸可控；制備出的金屬納米線陣列具有顯著的拉曼增強效應，有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種制備金屬微納米結構的方法，屬于納米制造領域。

背景技術

微納米尺寸結構材料可以顯著改善材料在光、電、磁、催化等方面的性能，因而在電池、催化、光學、傳感、表面物理化學等方面有著廣泛的應用。例如：鉑納米材料由于其高催化性能已經在汽車尾氣凈化、石油化工、燃料電池等領域中獲得了廣泛使用，全世界用于催化劑的鉑用量約為100噸/年，價值高達40多億美元；金、銀、銅等金屬納米結構的表面等離子體光學在光催化、納米集成光子學、光學傳感、生物標記、醫學成像、太陽能電池以及表面增強拉曼光譜(SERS)等領域有廣泛的應用前景。

目前文獻報道的金屬或金屬合金微納米結構制備方法主要分為兩類，一類是“自上而下”的從塊體材料獲得微納米結構的方法，包括：

a)利用脈沖激光選擇性處理材料表面從而獲得微納米結構，如美國專利公開號為US20140154526A1、公開日為2014年4月1日、發明名稱為“Femtosecond laser pulsesurface structuring methods and materials resulting therefrom”的專利，其原理是利用高能量激光束照射表面時局部產生的加熱、熔化和蒸發效應。該專利的主要缺點是需要高功率的激光，能耗大，制備的微納米結構圖形尺寸受限于激光束斑的尺寸(一般在1微米以上)，而且很難加工出具有大的高寬比或者長細比的微納米結構。

b)對金屬或金屬合金的宏觀尺度的細絲(或細絲束)在其熔點溫度以上進行拉拔實現細絲直徑的變小，如美國專利公開號為US 8658880 B2、公開日為2014年2月25日、發明名稱為“Methods of drawing wire arrays”的專利，以及美國專利公開號為US 9245671B2、公開日期為2016年1月26日、發明名稱為“Electrically Isolated,High MeltingPoint,Metal Wire Arrays And Method Of Making Same”的專利。以上專利的主要缺點是設備和工藝復雜，需要先制備出亞毫米量級且直徑均勻的細絲。尤其是拉拔過程是發生在熔點溫度以上，由于此時材料粘度很低流動阻力小，任何來自初始缺陷如直徑不均勻、拉拔速度或細絲所處環境如溫度等的微小擾動都有可能導致局部失穩斷裂的發生(雷諾失穩)。

c)高壓下把熔化金屬注入納米孔洞中。如美國專利公開號為US 6231744 B1、公開日為2001年5月15日、發明名稱為“Process for fabricating an array of nanowires”的專利。該專利需要先把金屬熔化，再在高壓和真空環境下把熔化的金屬壓入納米孔中，因此一般只能制備低熔點金屬納米結構；并且由于熔化的金屬在納米孔中的流動阻力與孔徑的4次方成反比，因此很難制備出高長徑比的納米線。