[發明專利]一種厘米級長度的金納米線陣列的制備方法

在審

• 申請號: 201710325226.2
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107217280A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 徐大鵬;董菁;陳建
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C25D1/04
• 分類號: C25D1/04;C23C14/26;C23C14/06;B82Y40/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司61114
• 代理人: 黃秦芳

技術領域

本發明涉及一種厘米級長度的金納米線陣列的制備方法，屬于先進納米功能材料制備工藝領域。

背景技術

金屬納米材料由于很好地集合了納米材料及金屬本身的特性，具有優異的光學、電學、力學、熱學及催化性質，尤其是金屬納米線在納米電子器件方面具有很大的應用潛力。因而其在納米科學領域受到廣泛關注。金作為一種典型的導體金屬，具有高的電導率和熱導率，同時一維金納米結構也具有優良導電、導熱和延展性。

在納米材料的制備研究中，科學家們一直致力于對其組成、結構、形貌、尺寸、取向、排布等的控制，以使得制備出的納米材料具備各種預期的特殊的物理化學性質。因此如何利用簡單高效的方法制備形貌規則、直徑均勻、高質量的金納米線成為該研究領域的熱點與難點。

目前合成金屬納米結構的方法有多種，包括氣相合成法、液相合成法、固相合成法，其中液相合成中的模板合成法是使用最廣泛的。模板合成法具有方法簡單、制備出一維金屬納米材料直徑均勻、尺寸可控等優點，但一維金屬納米材料的生長對所選用的模板有較強的依賴性，當模板被去除時很容易引起納米線陣列的損傷，導致納米線陣列的有序度降低。

基于此，提出一種固相法作為制備納米材料的有效方法，其主要特點是制備過程在全固態條件下進行，擺脫了傳統的液相合成納米結構的溶液環境束縛；制備裝置簡單，不需要任何模板來控制生成的納米結構的形態，其通過控制外加直流電場的方向可以控制離子傳輸方向進而控制納米結構的生長方向；通過控制外加直流電場的作用時間控制納米結構的長度；通過調節外加直流電場強度來控制納米材料的形態和排列的有序程度。

但是在該固相法的指導下，由于金屬種類及其具有的不同特性，并非所有的金屬都能取得較好的結果。例如在申請號為200510012005.7專利中，提供了一種制備厘米級長度的銀單晶納米線陣列的方法：該方法包括，1）采用裸玻璃光纖作為基底，利用真空熱蒸鍍的方法，在裸玻璃光纖一側沿光纖軸向沉積兩片銀膜分別作為陰極和陽極；2）在陰極和陽極之間沿光纖軸向沉積RbAg₄I₅銀離子導電薄膜，并使其覆蓋陰極和陽極；3）在真空狀態下，對陰陽兩級施加電壓200-500豪伏特，時間至少為40小時。而對于合成金納米結構，目前仍然大量采用的是液相合成法。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有厘米量級長度的金納米線陣列的制備方法，此法利用能夠傳輸金屬離子的快離子導體薄膜在外加直流電場作用下合成金納米線陣列，整個制備過程在全固態環境下進行，僅借助外加直流電場，無需任何模板，就可以制得厘米量級長度的金納米線陣列。

本發明的技術方案如下：

一種厘米級長度的金納米線陣列的制備方法，具體合成步驟如下：

（1）選取清潔的矩形石英玻璃片作為基底，另取石英玻璃片作為蓋片，蓋片疊置于基底表面，遮擋住基底中間4-6 cm的寬度，基底兩側的電極的寬度分別為1cm和4cm；

（2）將兩者固定并安放在蒸鍍工作臺上，按照電極面積的0.012g/cm²稱取純度為99.5%的銅粉放置于高真空電阻蒸發鍍膜機的鉬舟上，在真空度≤10^-3Pa條件下，利用真空蒸鍍法在基底兩端的表面上沉積兩片彼此平行的金膜作為電極，電極間距為4-6cm；

（3）按照基底面積的0.006 g/cm²，稱取快離子導體Rb₄Cu₁₆Cl₁₃I₇原料放置于高真空電阻蒸發鍍膜機的鉬舟上，在真空度≤10^-3Pa條件下，利用真空蒸鍍法在基底表面上沉積厚度為400nm的快離子導體Rb₄Cu₁₆Cl₁₃I₇薄膜，使其覆蓋整片基底，所述快離子導體薄膜材料由RbI（分析純，含量≥99.0%）、 CuCl（分析純，含量≥97.0%）和CuI（分析純，含量≥99.0%）按 4:13:3的摩爾比例研磨4-5h混合均勻制成；

（4）外加直流電，電流強度為3~5uA，時間48h-72h，形成金納米結構。

步驟（1）中的被遮擋的基底中間寬度為5cm。

本發明與目前較為成熟的金納米材料的制備方法相比具有如下優點：