本發(fā)明涉及一種鋅納米線陣列電極的制備方法，屬于納米材料制備與微納陣列電極設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

納米陣列是以納米顆粒、納米線、納米管為基本單元，采用物理和化學(xué)等方法在二維或三維空間構(gòu)筑的納米體系。而納米陣列電極則是多個納米電極的集合體，制備電極的材料一般包括金屬、半導(dǎo)體、高聚物和碳納米管等，由于納米陣列電極上的材料具有高度取向性，且電極上的材料尺寸均在納米尺度，因此該電極除具有一般納米材料的性質(zhì)外，它的量子效應(yīng)、界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等突出，具有比無序的納米材料更加優(yōu)異的性能。此外，納米陣列電極還可以通過電、磁、光等外場實現(xiàn)對其性能的控制，從而使其成為設(shè)計微納電子元器件的基礎(chǔ)。納米陣列電極的發(fā)展對于電化學(xué)分析、微型生物傳感器、電催化和高能化學(xué)電源等領(lǐng)域的發(fā)展具有十分重要的意義，并且也顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。如今人們通過研究，實現(xiàn)了納米陣列電極的設(shè)計與組裝，并有效的控制其組成、結(jié)構(gòu)和性能，已相繼設(shè)計出如圓盤狀、井狀、截錐形、球形和半球形等多種形狀的納米陣列電極；制備納米陣列電極的方法也較多，一般有模板法、光/化學(xué)刻蝕法、自組裝法、氣相沉積法等。鋅作為一種高導(dǎo)電金屬，具有特殊的物化性質(zhì)，以其作為納米陣列電極在傳感、能源存儲、催化、傳感等領(lǐng)域?qū)袕V闊的應(yīng)用空間。然而鋅的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，且鋅金屬的晶相結(jié)構(gòu)為六邊形，鋅納米線一般沿著±[001]方向生長而產(chǎn)生扭曲，因此獲得規(guī)則鋅納米線陣列的電極比較困難。例如，yan將氧化鋅和石墨混合，并在反應(yīng)過程中采用了比較危險的氨氣輔助還原制備了鋅納米線(j.appl.phys.，2003，93，4807)。chen采用硼還原氧化鋅制備了無序的納米線，其中硼較昂貴且還原溫度高達(dá)1050℃(mater.lett.，2007，61，144)。wang以陽極氧化鋁為模板基于電化學(xué)沉積獲得了鋅的納米線，消除陽極氧化鋁模板將是一個比較繁瑣的過程，并且鋅納米線的表面有氧化鋅，影響電極的導(dǎo)電性(nanolett.，2005，5，1247)。上述工作雖然制備了鋅的納米線，但均未獲得規(guī)則鋅納米線的陣列電極，如今以鋅納米線構(gòu)成陣列電極的制備工作仍未見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、成品均勻、易規(guī)?；匿\納米線陣列電極的制備方法，首次制備了規(guī)則的鋅納米線陣列電極。該方法成本低廉，生長鋅納米線的基底可以靈活更換，生長的面積也可調(diào)控便于微納器件的加工，這些特性對于未來納米陣列電極的制備以及電化學(xué)分析檢測、儲能、催化、傳感等領(lǐng)域的發(fā)展都有十分重要的意義。

本發(fā)明解決上述問題采用的技術(shù)方案，鋅納米線陣列電極制備方法步驟如下：

將含鋅化合物與碳材料以質(zhì)量比為9～5∶1～5球磨混合0.15～2小時得到初料粉體1；將初料粉體1置于剛玉坩堝中并放入雙溫區(qū)管式爐的第一溫區(qū)2；然后將一塊銅、鎳、鐵、鈦、鉑、石墨、金、銀、石英、剛玉或硅材質(zhì)的基片置于雙溫區(qū)管式爐的第二溫區(qū)3；在惰性氣體保護下，初料粉體1在雙溫區(qū)管式爐的第一溫區(qū)2中以500～1100℃煅燒0.5～3小時，升溫速率為1～60℃/min，放有基片的雙溫區(qū)管式爐的第二溫區(qū)3溫度設(shè)置為15～50℃；待反應(yīng)完成自然冷卻之后，即在基片上獲得直徑為0.005～1μm的鋅納米線陣列電極4；

所述含鋅化合物為氧化鋅、氫氧化鋅、碳酸鋅、乙酸鋅中的一種以上；

所述碳材料為活性炭、碳纖維、碳納米管、生物質(zhì)炭、石墨中的一種以上；

所述研磨的轉(zhuǎn)速為200～1000轉(zhuǎn)/分，粉體粒徑小于100目；

所述基片的尺寸為長10～500毫米，寬10～500毫米，厚0.01～5毫米；

所述基片在放入雙溫區(qū)管式爐的第二溫區(qū)3之前用去離子水、乙醇反復(fù)清洗干凈，光面朝上；所述惰性氣體為氮氣、氬氣中的一種以上，流速為1～1000ml/min。

由上述鋅納米線陣列電極制備方法制得鋅納米線陣列電極，所述鋅納米線的直徑為0.005～1μm。

本發(fā)明提出的鋅納米線陣列電極的制備方法的原理是：首先通過球磨將將鋅的化合物與碳材料混合均勻；而后利用惰性氣體將管式爐高溫區(qū)的鋅蒸氣帶到低溫區(qū)的銅、鎳、鐵、鈦、鉑、石墨、金、銀、石英、剛玉或硅材質(zhì)的基底上，即可形成規(guī)則致密的鋅納米線陣列電極。

本發(fā)明的有益效果：無需精密儀器控制，電極制備方法簡單，電極尺寸靈活可控，可以制備面積較大的鋅納米線陣列電極再可切割成預(yù)定的尺寸使用，易于批量化生產(chǎn)；所用原料均是常規(guī)的試劑，成本低；制備的陣列電極致密均勻，鋅納米線的長度與直徑可通過反應(yīng)時間控制；無需在基底上種植種子以供陣列生長，技術(shù)難度低。因此，該方法具有工藝簡單、產(chǎn)品均勻致密規(guī)則可控、易規(guī)?；葍?yōu)點，適合用于分析檢測、柔性儲能器件、太陽能電池和傳感器等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1鋅納米線陣列電極的制備示意圖

圖中：1.初料粉體，2.雙溫區(qū)管式爐的第一溫區(qū)，3.雙溫區(qū)管式爐的第二溫區(qū)，4.鋅納米線陣列電極。

圖2鋅納米線陣列電極的x射線粉末衍射圖譜

圖中：縱坐標(biāo)為x射線衍射峰的強度，單位為任意強度；橫縱坐標(biāo)為x射線衍射角度的2倍。

圖3鋅納米線陣列電極的掃描電子顯微鏡照片

具體實施方式

實施例1

首先分別稱取氧化鋅8克、活性炭2克，置于球磨罐中，球磨機轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，球磨15分鐘；得到粉體置于剛玉坩堝中；然后將裝有原料粉體的坩堝置于管式爐的中部位置，將清洗干凈的硅片置于管式爐出氣口的尾端，光面朝上，封閉管式爐，通入氬氣的保護氣沖洗30分鐘。然后就開始加熱并保持惰性氣氛保護(100毫升每分鐘)，用1小時將管式爐升溫至700攝氏度并保溫1小時；反應(yīng)完成之后待自然冷卻，在硅片上即獲得鋅納米線的陣列電極。采用掃描電鏡測試發(fā)現(xiàn)鋅納米線均勻的分布在硅基底上，平均直徑為300納米，鋅納米線的x射線粉末衍射如圖2所示，微觀結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖如圖3所示。

實施例2

首先分別稱取氧化鋅8克、生物質(zhì)碳2克，置于球磨罐中，球磨機轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，球磨15分鐘；得到粉體置于剛玉坩堝中；然后將裝有原料粉體的坩堝置于管式爐的中部位置，將清洗干凈的石英片置于管式爐出氣口的尾端，光面朝上，封閉管式爐，通入氬氣的保護氣沖洗30分鐘。然后就開始加熱并保持惰性氣氛保護(100毫升每分鐘)，用1小時將管式爐升溫至700攝氏度并保溫4小時；反應(yīng)完成之后待自然冷卻，在硅片上即獲得鋅納米線的陣列電極。采用掃描電鏡測試發(fā)現(xiàn)鋅納米線均勻的分布在石英基底上，平均直徑為500納米。

實施例3

首先分別稱取氧化鋅8克、石墨2克，置于球磨罐中，球磨機轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，球磨15分鐘；得到粉體置于剛玉坩堝中；然后將裝有原料粉體的坩堝置于管式爐的中部位置，將清洗干凈的銅片置于管式爐出氣口的尾端，光面朝上，封閉管式爐，通入氮氣的保護氣沖洗30分鐘。然后就開始加熱并保持惰性氣氛保護(100毫升每分鐘)，用1小時將管式爐升溫至700攝氏度并保溫2小時；反應(yīng)完成之后待自然冷卻，在銅片上即獲得鋅納米線的陣列電極。采用掃描電鏡測試發(fā)現(xiàn)鋅納米線均勻的分布在銅基底上，平均直徑為250納米。

實施例4

首先分別稱取氧化鋅8克、活性炭2克，置于球磨罐中，球磨機轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，球磨15分鐘；得到粉體置于剛玉坩堝中；然后將裝有原料粉體的坩堝置于管式爐的中部位置，將清洗干凈的硅片置于管式爐出氣口的尾端，光面朝上，封閉管式爐，通入氬氣的保護氣沖洗30分鐘。然后就開始加熱并保持惰性氣氛保護(100毫升每分鐘)，用1小時將管式爐升溫至450攝氏度并保溫1小時；反應(yīng)完成之后待自然冷卻，采用掃描電鏡測試發(fā)現(xiàn)，由于煅燒溫度不夠在硅基片上未發(fā)現(xiàn)鋅納米線陣列。

以上實例1、2、3中的鋅納米線陣列排列均勻、致密，制備方法簡單，并實現(xiàn)了在不同的基底上生長，優(yōu)于其他文獻(xiàn)和研究報道。