一種制備獨立的金屬納米帶的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備技術領域，具體涉及一種獨立金屬納米帶的制備方法，所制備的金屬納米帶可用于制備微米/納米器件的金屬電極，或作為研宄納米材料性能的樣品。
【背景技術】
[0002]一維的金屬納米結構，如納米線，納米棒，納米管或納米帶，是制備納米器件的關鍵部件。特別是納米帶可作為樣品，來研宄尺寸限制的運輸現象；也可用于制備沿納米帶方向的功能器件，包括用于電學、化學、物理和熱學功能器件。
[0003]納米材料具有大的表面積，其性能與塊狀材料應有很大不同。許多研宄者從理論上研宄納米帶的性能，不過實驗研宄結果數據還很分散，原因之一是所制備的納米帶是在一個支撐基體上。為了從實驗上正確的研宄金屬納米帶的性能，要求制備獨立的金屬納米帶。有文獻報道了一種制備金納米帶的方法:首先，將Fe-Au (2.3.%Au)共析合金凝固成兩相片狀結構，然后，用選擇性溶解過程將Fe相溶解而得到Au納米帶(Ying Chen, SrdjanMilenkovic, Achim Walter Hassel, Thermal stability of {I I 0} facet terminatedgold nanobelts, Applied Surface Science 258，2012，6224 - 6231)。該方法雖然制備出了獨立的金納米帶，但是其制備工藝復雜，需在高溫熔煉Fe -Au2.3.%Au共析合金，并對合金成分要求嚴格，且只能制備單一品種的金納米帶，不適合其他金屬納米帶的制備。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備獨立的金屬納米帶的方法，其工藝簡單，適合多種金屬納米帶的制備，且所制備的金屬納米帶的厚度可控，所需設備低廉，制備成本低。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種制備獨立的金屬納米帶的方法，該方法先利用模板溶液在結晶基體上結晶生成條狀模板，再采用真空鍍膜工藝將金屬鍍到條狀模板上，然后將條狀模板用溶劑溶解去除，從而得到獨立的金屬納米帶。
[0006]所述的模板溶液可采用草酸的水或酒精溶液，或者其他室溫下為固態(tài)弱酸的溶液，如檸檬酸、山梨酸、酒石酸或者丁二酸的水或者乙醇溶液。所述的結晶基體為不與所述模板溶液起明顯化學反應的單晶材料，如單晶硅片或者單晶氧化鋁片等。條狀結晶物模板形成的原理是:當模板溶液的溶劑揮發(fā)時，作為溶質的固態(tài)弱酸從其溶液中結晶，結晶基體采用單晶材料，這樣，為降低能量，結晶的固態(tài)弱酸與基體間有一定的位向關系而形成條狀固態(tài)弱酸，得到模板。
[0007]模板溶液以草酸溶液為例，本發(fā)明的方法具體包括如下步驟:
(1)、將草酸溶于水或者酒精中得草酸溶液，草酸溶液的質量濃度為5%至過飽和。
[0008](2)、將結晶基體(即單晶硅片或者單晶氧化鋁片)放入丙酮中超聲波清洗，取出后用無水酒精沖洗干凈，將清洗干凈的結晶基體放入草酸溶液10分鐘到5天后，取出自然晾干，則在結晶基體上得到條狀草酸。
[0009](3)、以結晶基體上得到的條狀草酸為模板，在真空中鍍金屬。真空中鍍金屬的方法可以是磁控濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)等。
[0010](4)、將草酸模板上鍍有金屬的結晶基體放入水、乙醇或者其他可溶解草酸的各種溶劑中，溶解掉草酸模板，從而得到獨立的金屬納米帶。
[0011]本發(fā)明的方法，原理上適合所有金屬的納米帶的制備，技術上，采用真空中鍍金屬的方法(包括磁控濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā))能鍍上的金屬都可以。由于金屬膜很薄，有些金屬很容易氧化，很快被氧化成氧化物，所以本發(fā)明制備金屬納米帶的金屬最好為貴金屬，如金、銀、鉑，其通常不與氧反應。
[0012]有益效果:本發(fā)明是以結晶物為模板，采用真空鍍膜技術將金屬鍍到結晶物模板上，并通過將模板溶解而得到獨立的金屬納米帶。采用結晶物為模板克服了在普通基體上鍍膜后金屬膜很難從基體上脫落的問題，即得不到獨立的金屬納米帶的問題。
[0013]本發(fā)明制備的獨立金屬納米帶可用于制備微米/納米器件的金屬電極，或作為研宄納米材料性能的樣品。本發(fā)明制備的金屬納米帶的厚度可由真空鍍膜工藝進行控制，且具有制備溫度低，所需設備價格低廉，成本低，工藝簡單，易于控制生產條件等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1中使用的商用草酸粉末掃描電鏡(SEM)照片。
[0015]圖2為實施例1中在單晶硅片側面生長的草酸模板的掃描電鏡(SEM)照片。
[0016]圖3為實施例1中在單晶娃片表面生長的草酸模板的掃描電鏡(SEM)照片。
[0017]圖4為實施例1中所得的納米金帶透射電鏡(TEM)的形貌照片。
[0018]圖5為圖4中納米金帶在高倍TEM下的形貌像。
[0019]圖6為實施例1中所得的納米金帶的TEM衍射像。
[0020]圖7為實施例2中在單晶硅片上生長的草酸模板的掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
草酸溶液的配制:用電子天平稱取5g固體草酸放入小燒杯中，然后量取95ml的去離子水加入到燒杯中，用玻璃棒攪拌至固體消失，即得濃度為5%的草酸的水溶液。
[0022]清洗單晶硅片:將切好的單晶硅片放入燒杯中，加入丙酮，超聲波清洗5分鐘，取出后用無水酒精沖洗干凈，使其自然晾干。
[0023]在單晶硅片上生長草酸模板:取適當大小的反應皿，倒入配制好的質量濃度為5%的草酸溶液，將清洗后晾干的單晶硅片放入草酸溶液中，10分鐘后取出，自然晾干，即可在單晶硅片上得到條狀草酸。將草酸粉末放單晶硅片上，用掃描電鏡(SEM)觀察草酸粉末的形貌，見圖1，草酸粉末的尺寸在100~300 μπι。用掃描電鏡(SEM)觀察單晶硅片上生長的草酸模板，結果見圖2和圖3。圖2為在單晶硅片側面上生長的草酸模板，尺寸為5-25 μ m寬、100~150 ym長，圖3為在單晶硅片表面生長的草酸模板，其尺寸較小，寬度為1_2 ym、長度為 5—15 μm0
[0024]在單晶硅片上生長的草酸模板上鍍金膜:將單晶硅片上生長的草酸模板在真空下磁控濺射噴金30秒，然后將試樣放在酒精溶液中將草酸模板溶解，從而得到獨立的金納米帶。
[0025]將獨立的金納米帶在超聲機中攪拌10分鐘，使金納米帶從單晶硅片上脫落，并用透射電鏡(TEM)進行觀察。圖4為TEM觀察的金納米帶形貌圖，可以看出帶的邊緣因薄而卷曲。圖5為TEM高倍像，可以看出金納米帶由晶粒尺寸為50納米的納米晶組成。圖6為金納米帶TEM衍射圖，圖中的衍射環(huán)對應于PDF卡片(65-2870)金的面心立方晶體結構，能夠標定為金的(111)，(200)，(220)，(311) (222)，(331)晶面。
[0026]實施例2
草酸溶液的配制:以酒精為溶劑，配制濃度為10%的草酸的酒精溶液。
[0027]清洗單晶氧化鋁片:將單晶氧化鋁片放入燒杯中，加入丙酮，超聲波清洗5分鐘，取出后用無水酒精沖洗干凈，使其自然晾干。
[0028]在單晶氧化鋁片上生長草酸模板:取適當大小的反應皿，倒入配制好的質量濃度為10%的草酸酒精溶液，將清洗后晾干的單晶氧化鋁片放入草酸溶液中，五天后取出，自然晾干，即可在單晶氧化鋁片上得到條狀草酸。所得到的條狀草酸模板的形貌見圖7。
[0029]在單晶氧化鋁基體上生長的草酸模板上鍍銀膜:將單晶氧化鋁片上生長的草酸模板在真空下磁控濺射噴銀50秒，然后將試樣放在酒精溶液中將草酸模板溶解在溶液中，從而得到獨立的銀納米帶。
[0030]實施例3
檸檬酸溶液的配制:查找檸檬酸的溶解度數據，用去離子水配制檸檬酸在室溫下的過飽和溶液。
[0031]清洗單晶硅片:將切好的單晶硅片放入燒杯中，加入丙酮，超聲波清洗5分鐘，取出后用無水酒精沖洗干凈，使其自然晾干。
[0032]在單晶硅片上生長檸檬酸模板:取適當大小的反應皿，倒入配制好的檸檬酸過飽和溶液，將清洗后晾干的單晶硅片放入檸檬酸過飽和溶液中，I小時后取出，自然晾干，即可在單晶硅片上得到條狀檸檬酸。
[0033]在單晶硅片上生長的檸檬酸模板上鍍鉑膜:將單晶硅片上生長的檸檬酸模板在真空下磁控濺射噴鉑50秒，然后將試樣放在水中將檸檬酸模板溶解，從而得到獨立的鉑納米帶。
【主權項】
1.一種制備獨立的金屬納米帶的方法，其特征在于:先利用模板溶液在結晶基體上結晶生成條狀模板，再采用真空鍍膜工藝將金屬鍍到條狀模板上，然后將條狀模板用溶劑溶解去除，從而得到獨立的金屬納米帶。
2.如權利要求1所述的一種制備獨立的金屬納米帶的方法，其特征在于:所述的模板溶液為草酸、檸檬酸、山梨酸、酒石酸或者丁二酸的水或酒精溶液，所述的結晶基體為單晶硅片或單晶氧化鋁片。
3.如權利要求2所述的一種制備獨立的金屬納米帶的方法，其特征在于:所述條狀模板的生成方法為:將所述結晶基體先后用丙酮、無水酒精清洗干凈后，將其放入模板溶液內，放置10分鐘~5天后，取出自然晾干，即可在結晶基體上得到條狀模板。
4.如權利要求2所述的一種制備獨立的金屬納米帶的方法，其特征在于:所述模板溶液的質量濃度為5%至過飽和。
5.如權利要求2所述的一種制備獨立的金屬納米帶的方法，其特征在于:在所述條狀模板上完成真空鍍膜工藝后，條狀模板采用水或乙醇溶解去除。
6.如權利要求1所述的一種制備獨立的金屬納米帶的方法，其特征在于:所述真空鍍膜工藝采用磁控濺射、熱蒸發(fā)或者電子束蒸發(fā)方法。
【專利摘要】一種制備獨立的金屬納米帶的方法，涉及納米材料制備技術領域，該方法先利用草酸等模板溶液在單晶硅片或單晶氧化鋁片等結晶基體上結晶生成條狀模板，再采用真空鍍膜工藝將金屬鍍到條狀模板上，然后將條狀模板用溶劑溶解去除，從而得到獨立的金屬納米帶。本發(fā)明工藝簡單，適合多種金屬納米帶的制備，且所制備的金屬納米帶的厚度可控，所需設備低廉，成本低。
【IPC分類】B82Y40-00, C23C14-00
【公開號】CN104651776
【申請?zhí)枴緾N201510118695
【發(fā)明人】徐春花, 李平, 王俊鵬, 劉玉亮, 敖寧, 吳文斌, 趙旭, 張柯柯, 張建欣, 徐申生
【申請人】河南科技大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月18日