[發(fā)明專利]一種有序金屬納米針尖陣列的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011272548.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN112479154A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉敏;梁艷清;陳國柱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)深圳研究院
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明屬于一維納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種有序金屬納米針尖陣列的制備方法。該方法主要以多孔陽極氧化鋁膜作為模板，輔助電化學(xué)沉積技術(shù)使金屬納米線陣列生長在多孔陽極氧化鋁膜的孔道內(nèi)，然后去除模板后再通過電化學(xué)腐蝕技術(shù)最終制得納米針尖陣列。該方法操作簡單，設(shè)備要求低，不需要對(duì)多孔陽極氧化鋁膜進(jìn)行噴金處理，而且制備的金屬納米針尖陣列具有高度的取向性，有序性，長度均一，并且金屬納米針尖陣列的長度、線徑和密集度可控。此外，本方法具有普適性，可以用于多種金屬納米針尖陣列的制備，在電催化、光電催化及納米材料合成等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一維納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種有序金屬納米針尖陣列的制備方法。

背景技術(shù)

一維(1D)金屬納米材料，如納米棒、納米線、納米管、納米錐及納米針尖，具有獨(dú)特的光學(xué)、磁性和磁光學(xué)特性。納米針尖作為一種特殊的納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，例如掃描隧道顯微鏡中的STM探針、醫(yī)學(xué)中的細(xì)胞微操作、特種制造業(yè)中的微加工等領(lǐng)域，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︶樇獾囊笠膊槐M相同。

目前，用于制備納米針尖的方法主要包括光刻技術(shù)、電子束誘導(dǎo)沉積、激光熱解、物理化學(xué)氣相沉積、刻蝕、聚焦離子銑削等方法。中國專利公開號(hào)CN1051301288A的發(fā)明名稱為“一種制備金屬針尖的裝置及方法”，主要利用金屬絲在電解液中通電腐蝕制得納米針尖，步驟簡單但產(chǎn)出低，一次只能做一金屬針尖；中國專利公開號(hào)CN106809802A的發(fā)明名稱為“一種柔性襯底上大面積金屬納米針尖陣列的制備方法”，該類技術(shù)主要采用硅電子微加工技術(shù)先在硅表面獲得倒金字塔形硅孔洞陣列，然后通過沉積金屬薄膜并進(jìn)行化學(xué)腐蝕去除硅基底最終制得金屬納米針尖陣列。該類技術(shù)可獲得均勻的納米針尖，但針尖錐角一般很大，因此納米尺寸僅局限于針尖區(qū)域，同時(shí)其制備過程會(huì)產(chǎn)生大量廢棄的酸堿腐蝕液；中國專利公開號(hào)CN108892100A的發(fā)明名稱為“一種有序金屬納米針尖陣列的制備方法”，該方法采用熱塑性納米壓印技術(shù)把加熱的金屬擠壓到平基底表面的超薄納米模板中，通過超薄納米模板中的孔隙形成微柱，再通過原子擴(kuò)散焊接粘接到平基底表面，進(jìn)而形成三明治結(jié)構(gòu)，最后施加外力使得微柱發(fā)生頸縮并拉斷形成納米針尖。該方法工藝步驟多、依賴于先進(jìn)設(shè)備，成本高，并且需要將金屬進(jìn)行加熱達(dá)到發(fā)生顯著塑性流動(dòng)的條件才可以將金屬壓印到模板當(dāng)中，對(duì)熔點(diǎn)高的金屬不適用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種有序金屬納米針尖陣列的制備方法，該方法解決現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)出較低、針尖錐角較大等問題，避免產(chǎn)生大量廢棄的酸堿腐蝕液，且適用范圍較廣。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種有序金屬納米針尖陣列的制備方法，包括以下步驟：

(1)將金屬箔片、硅片或者玻璃片作為基底，放置于丙酮、硫酸、去離子水中超聲清洗，并進(jìn)行表面處理；

(2)以多孔陽極氧化鋁膜為模板，將模板轉(zhuǎn)移到步驟(1)中清潔的基底表面，并使模板與基底緊密結(jié)合在一起；

(3)以表面帶有模板的基底為工作電極，石墨或鉑片電極為輔助電極，銀-氯化銀電極為參比電極構(gòu)建三電極體系，運(yùn)用恒壓電沉積或者恒流電沉積在不同金屬化合物溶液沉積生長納米線陣列；

(4)電沉積完成后，利用溶膜液溶解模板，模板溶解后得到金屬納米線陣列；

(5)將步驟(4)中的金屬納米線陣列運(yùn)用刻蝕的方法，刻蝕形成金屬納米針尖陣列，用去離子水沖洗，并在氮?dú)夥障赂稍铩?/p>

所述的有序金屬納米針尖陣列的制備方法，表面處理是依次用300#、600#、1000#、1400#、2000#的晶向砂紙打磨基底；或者，直接用磷酸溶液進(jìn)行電化學(xué)拋光，使其表面光滑平整。

所述的有序金屬納米針尖陣列的制備方法，緊密結(jié)合采用真空液壓的方法，或者直接將表面放置模板的基底置于壓片機(jī)下進(jìn)行壓片，壓強(qiáng)范圍在0.05MPa～5MPa，時(shí)間2s～10s。