專利名稱：一種直徑可控的金屬納米線陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬納米材料的制備方法，特別是利用氧化鋁模板采用脈沖電沉積技術(shù)制備金屬納米線陣列。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)一維納米線是研究電子輸運(yùn)行為、光學(xué)特性和力學(xué)機(jī)械性能等物理性質(zhì)的尺寸和維度效應(yīng)的理想系統(tǒng)。金屬納米線既可以作為一個獨(dú)立的功能元件，又可以充當(dāng)元件結(jié)點(diǎn)之間的連線。將來在構(gòu)筑納米電子和光電子器件等集成線路和功能性元件的進(jìn)程中充當(dāng)非常重要的角色。所以在這個日新月異的信息社會中，金屬納米線的研究受到了各國研究者的格外青睞。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種直徑可控的金屬納米線陣列的制備方法。
本發(fā)明公開了一種直徑可控的金屬納米線陣列的制備方法。選用硫酸、草酸、磷酸和檸檬酸作為電解液，采用二次陽極氧化法，在10-300V直流氧化電壓條件下可將鋁片氧化成不同孔徑的雙通氧化鋁模板。模板孔徑可在5nm至500nm范圍內(nèi)可調(diào)。將雙通的氧化鋁模板的背面采用真空蒸鍍、或磁控濺射、或等離子體鍍膜等方法覆蓋一層導(dǎo)電薄膜作為陰極，以石墨作為陽極，置于溶液可循環(huán)的電解槽裝置中，在陰極和陽極之間加一周期和波形均可調(diào)的脈沖電壓，采用脈沖電沉積法，在不同孔徑的氧化鋁模板中電沉積得到不同直徑的金屬納米線陣列，金屬納米線的直徑在5nm至500nm范圍內(nèi)可調(diào)。
上述加在兩極之間的脈沖電壓由脈沖沉積電壓和脈沖延遲電壓構(gòu)成，其中脈沖沉積時間Ton在100μs-1s范圍內(nèi)，此段時間內(nèi)兩極之間輸出脈沖沉積電壓，脈沖沉積電壓在0.1～5V范圍內(nèi)；脈沖延遲時間Toff在100μs-1s范圍內(nèi)，此段時間內(nèi)兩極之間輸出脈沖延遲電壓，脈沖延遲電壓在-5V～0范圍內(nèi)；脈沖信號頻率f在0.5-5000Hz范圍內(nèi)。
氧化鋁雙通模板背面所覆的導(dǎo)電薄膜是金、或銀、或銅，其厚度在10nm-10μm范圍內(nèi)。
所說的金屬是Zn、或Co、或Ni、或Cu、或Sn、或Fe、或Ag、或Sb、或Bi、或Pb。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)提供了一種不同直徑的金屬納米線陣列的制備方法，該方法工藝簡單而且成本低廉，適用于合成Zn、或Co、或Ni、或Cu、或Sn、或Fe、或Ag、或Sb、或Bi、或Pb等金屬材料的納米線陣列。

圖1是溶液可循環(huán)的電解槽裝置圖；圖2是脈沖電沉積原理圖；圖3是Zn納米線掃描電鏡照片；圖4是Zn納米線透射電鏡照片。
具體實(shí)施方式實(shí)例1采用二次陽極氧化法在0.3M/L草酸電解液中加40V電壓可制得孔徑為45nm的氧化鋁模板。將此雙通氧化鋁模板的一側(cè)用蒸鍍的方法沉積一層約200nm厚的金箔作陰極，以石墨片作為陽極，置于溶液可循環(huán)的電沉積裝置中(見圖1，圖中1電解槽、2出液口、3導(dǎo)管、4循環(huán)泵、5渦輪流量計、6進(jìn)液口)，兩極分別和一臺能產(chǎn)生脈沖電信號的發(fā)生器相連，用一臺示波器監(jiān)測兩極之間的電信號。電沉積液的成分為50g/L ZnSO4，10g/L ZnCl2和20g/LH3BO4，溶液的pH值為4.5-5，工作溫度為室溫。兩極之間的輸出電信號示意圖如圖2所示。脈沖信號電壓為2.0-2.4V，頻率f＝2000Hz。在每個周期中，脈沖時間(Ton)為350μs，延遲時間(Toff)為150μs。在Ton時間段內(nèi)，兩極之間輸出高電平，在陰極/沉積液界面處Zn2+被還原成Zn原子，在Toff時間段內(nèi)，兩極之間是零輸出，以此來調(diào)節(jié)界面附近的離子濃度以控制生長。對Zn納米線陣列進(jìn)行形貌觀察和結(jié)構(gòu)表征，見圖3和圖4，所使用的測試儀器分別為FEI Sirion 200型場發(fā)射電子顯微鏡以及JEOL 2010型透射電子顯微鏡。
實(shí)例2采用二次陽極氧化法在1.2M/L硫酸電解液中加15V電壓可制得孔徑為15nm的氧化鋁模板。將此雙通氧化鋁模板的一側(cè)用蒸鍍的方法沉積一層約100nm厚的金箔作陰極，以石墨片作為陽極，置于溶液可循環(huán)的電沉積裝置中，兩極分別和一臺能產(chǎn)生脈沖電信號的發(fā)生器相連，用一臺示波器監(jiān)測兩極之間的電信號。電沉積液的成分為45g/L AgNO3，2g/L HNO3和20g/L H3BO4，溶液的pH值為3.5-4，工作溫度為室溫。兩極之間的輸出電信號示意圖如圖2所示。脈沖信號電壓為3.0-3.4V，頻率f＝1000Hz。在每個周期中，脈沖時間Ton為650μs，延遲時間Toff為350μs。在Ton時間段內(nèi)，兩極之間輸出高電平，在陰極/沉積液界面處Ag+被還原成Ag原子，在Toff時間段內(nèi)，兩極之間是零輸出，以此來調(diào)節(jié)界面附近的離子濃度以控制生長。
實(shí)例3采用二次陽極氧化法在1.0M/L磷酸電解液中加160V電壓可制得導(dǎo)孔徑為200nm的氧化鋁模板。將此雙通氧化鋁模板的一側(cè)用蒸鍍的方法沉積一層約500nm厚的銀箔作陰極，以石墨片作為陽極，置于溶液可循環(huán)的電沉積裝置中，兩極分別和一臺能產(chǎn)生脈沖電信號的發(fā)生器相連，用一臺示波器監(jiān)測兩極之間的電信號。電沉積液的成分為30g/L BiCl3，100g/L丙三醇，45g/L酒石酸和0.5M/LHCl，溶液的pH值為1.5-2.0，工作溫度為室溫。兩極之間的輸出電信號示意圖如圖2所示。脈沖信號電壓為4.0-4.3V，頻率f＝200Hz。在每個周期中，脈沖時間Ton為1ms，延遲時間Toff為4ms。在Ton時間段內(nèi)，兩極之間輸出高電平，在陰極/沉積液界面處Bi3+被還原成Bi原子，在Toff時間段內(nèi)，兩極之間是零輸出，以此來調(diào)節(jié)界面附近的離子濃度以控制生長。
權(quán)利要求
1.一種直徑可控的金屬納米線陣列的制備方法，其特征在于利用一種溶液可循環(huán)的電解槽裝置，采用脈沖電沉積法，在氧化鋁模板中電沉積金屬納米線陣列，通過調(diào)整氧化鋁模板上的孔徑尺寸，使金屬納米線的直徑在5nm至500nm范圍內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種直徑可控的金屬納米線陣列的制備方法，其特征在于所述的溶液可循環(huán)的電解槽裝置主要由電解槽、循環(huán)泵、渦輪流量計和進(jìn)行連通的導(dǎo)管構(gòu)成，容器側(cè)面上部和下部分別設(shè)有進(jìn)液口和出液口，二者通過導(dǎo)管依次與循環(huán)泵和渦輪流量計相連，此裝置主要應(yīng)用于低維度納米材料的制備過程。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種直徑可控的金屬納米線陣列的制備方法，其特征在于采用脈沖電沉積法制備金屬納米線陣列，其步驟包括將雙通的氧化鋁模板的背面覆蓋一層導(dǎo)電薄膜作為陰極，以石墨作為陽極，置于循環(huán)的電沉積液中，在陰極和陽極之間加一周期和波形均可調(diào)的脈沖電壓，在陰極沉積得到金屬納米線陣列。
4.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于加在兩極之間的脈沖電壓由脈沖沉積電壓和脈沖延遲電壓構(gòu)成，其中脈沖沉積時間Ton在100μs-1s范圍內(nèi)，此段時間內(nèi)兩極之間輸出脈沖沉積電壓，脈沖沉積電壓在0.1～5V范圍內(nèi)；脈沖延遲時間Toff在100μs-1s范圍內(nèi)，此段時間內(nèi)兩極之間輸出脈沖延遲電壓，脈沖延遲電壓在-5V～0范圍內(nèi)；脈沖信號頻率f在0.5-5000Hz范圍內(nèi)。
5.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所采用的電沉積液是金屬陽離子水溶液或酒精溶液，PH值在1-5.5范圍內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所說的氧化鋁雙通模板背面所覆的導(dǎo)電薄膜是金、或銀、或銅；采用真空蒸鍍、或磁控濺射、或等離子體鍍膜方法獲得，其厚度在10mm-10μm范圍內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種直徑可控的金屬納米線陣列的制備方法，其特征在于所說的金屬是Zn、或Co、或Ni、或Cu、或Sn、或Fe、或Ag、或Sb、或Bi、或Pb。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直徑可控的金屬納米線陣列的制備方法。利用一種溶液可循環(huán)的電解槽裝置，采用脈沖電沉積法，在不同孔徑的氧化鋁模板中電沉積不同直徑的金屬納米線陣列，納米線的直徑在5nm至500nm范圍內(nèi)可調(diào)。此方法適用于Zn，Co，Cu，Ni，Sn，F(xiàn)e，Ag，Sb，Bi，Pb等金屬納米線的制備合成。
文檔編號B82B3/00GK1995468SQ20061013032
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者于文惠, 王達(dá)健 申請人:天津理工大學(xué)