專利名稱:一種直徑可控的納米管陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)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)制備納米管陣列。
背景技術(shù)：
納米管是指具有空心管狀結(jié)構(gòu)的納米材料。自從1991年Iijima等發(fā)現(xiàn)納米碳管以來，到目前為止，科學(xué)家們已通過多種方法，如石墨電弧放電，催化熱分解、激光燒蝕等，合成了包括碳納米管在內(nèi)的多種物質(zhì)的納米管結(jié)構(gòu)，如硫化物，氮化物，氧化物，金屬及有機(jī)物質(zhì)等的納米管。
由于納米管的特殊結(jié)構(gòu)，可以提供不同的接觸層面(如內(nèi)外表面，管的邊緣，具有特殊結(jié)構(gòu)的管壁以及中空結(jié)構(gòu)等)，從原理上來說，可以通過不同的方式使其功能化，同時(shí)它們的中空結(jié)構(gòu)可以被直接用作模板來制備其它納米材料。因此納米管狀材料的制備和性能研究已是國際學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種直徑可控的納米管陣列的制備方法。
本發(fā)明公開了一種直徑可控的納米管陣列的制備方法。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15-300V的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呈量子島狀分布的導(dǎo)電顆粒附著在氧化鋁孔洞的孔壁位置，其厚度在1nm-20nm范圍內(nèi)，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納米管陣列，納米管的直徑在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(shí)間Ton在100μs-1s范圍內(nèi)，此段時(shí)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(shí)間Toff在100μs-1s范圍內(nèi)，此段時(shí)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)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)提供了一種不同直徑的納米管陣列的制備方法，該方法工藝簡單而且成本低廉，適用于可采用電化學(xué)沉積的材料其納米管狀結(jié)構(gòu)的制備合成。

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氧化鋁模板蒸鍍金顆粒前掃描電鏡照片；圖4氧化鋁模板蒸鍍金顆粒后掃描電鏡照片；圖5Zn納米管陣列掃描電鏡照片；圖6Zn納米管陣列透射電鏡照片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1采用二次陽極氧化法在0.3M/L草酸電解液中加60V電壓可制得孔徑為80nm的氧化鋁模板，如圖3所示。將此雙通氧化鋁模板的一側(cè)用蒸鍍的方法鍍一層呈量子島狀分布的金顆粒附著在氧化鋁孔洞的孔壁位置，厚度大約為10nm，如圖4所示，作為沉積過程中的陰極；以石墨片作為陽極，置于溶液可循環(huán)的電沉積裝置中，如圖1所示(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(jì)、6進(jìn)液口)，兩極分別和一臺(tái)能產(chǎn)生脈沖電信號的發(fā)生器相連，用一臺(tái)示波器監(jiān)測兩極之間的電信號。電沉積液的成分為40g/L ZnSO4，15g/L ZnCl2和15g/L H3BO4，溶液的pH值為3.5-4.5，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4.0-4.5V，頻率f＝2.5Hz。在每個(gè)周期中，脈沖時(shí)間Ton為200ms，延遲時(shí)間Toff為200ms。在Ton時(shí)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(shí)間段內(nèi)，兩極之間是零輸出，這樣得到在氧化鋁模板孔洞中生長的Zn納米管陣列。對Zn納米管陣列進(jìn)行形貌觀察和結(jié)構(gòu)表征，見圖5和圖6，所使用的測試儀器分別為FEI Sirion 200型場發(fā)射掃描電子顯微鏡和JEOL 2010型透射電子顯微鏡。
實(shí)施例2采用二次陽極氧化法在0.1M/L磷酸電解液中加170V電壓可制得孔徑為225nm的氧化鋁模板。將此雙通氧化鋁模板的一側(cè)用蒸鍍的方法鍍一層呈量子島狀分布的銀顆粒附著在氧化鋁孔洞的孔壁位置，厚度大約為15nm，作為沉積過程中的陰極；以石墨片作為陽極，置于溶液可循環(huán)的電沉積裝置中，如圖一所示，兩極分別和一臺(tái)能產(chǎn)生脈沖電信號的發(fā)生器相連，用一臺(tái)示波器監(jiān)測兩極之間的電信號。電沉積液的成分為20g/LBiCl3，80g/L丙三醇，55g/L酒石酸和0.4M/LHl，溶液的pH值為2.5-3.0，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3.0-3.5V，頻率f＝200Hz。在每個(gè)周期中，脈沖時(shí)間Ton為1ms，延遲時(shí)間Toff為4ms。在Ton時(shí)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(shí)間段內(nèi)，兩極之間是零輸出，這樣得到在氧化鋁模板孔洞中生長的Bi納米管陣列。
實(shí)施例3采用二次陽極氧化法在0.2M/L檸檬酸電解液中加200V電壓可制得孔徑為500nm的氧化鋁模板。將此雙通氧化鋁模板的一側(cè)用蒸鍍的方法鍍一層呈量子島狀分布的金顆粒附著在氧化鋁孔洞的孔壁位置，厚度大約為20nm，作為沉積過程中的陰極；以石墨片作為陽極，置于溶液可循環(huán)的電沉積裝置中，如圖一所示，兩極分別和一臺(tái)能產(chǎn)生脈沖電信號的發(fā)生器相連，用一臺(tái)示波器監(jiān)測兩極之間的電信號。電沉積液的成分為35g/L SbCl3，25g/L S粉和15g/LH3BO4，溶液的pH值為3.0-3.5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2.0-2.5V，頻率f＝20Hz。在每個(gè)周期中，脈沖時(shí)間Ton為30ms，延遲時(shí)間Toff為20ms。在Ton時(shí)間段內(nèi)，兩極之間輸出高電平，在這段時(shí)間Sb2S3在陰極沉積。在Toff時(shí)間段內(nèi)，兩極之間是零輸出，，這樣得到在氧化鋁模板孔洞中生長的Sb2S3納米管陣列。
權(quán)利要求
1.一種直徑可控的納米管陣列的制備方法，其特征在于在氧化鋁模板的一面鍍一層呈量子島狀分布的導(dǎo)電顆粒，然后將其置于一種溶液可循環(huán)的電解槽裝置中，采用脈沖電沉積法，在氧化鋁模板中電沉積納米管陣列，通過調(diào)整氧化鋁模板上的孔徑尺寸，使納米管的直徑在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納米管陣列的制備方法，其特征在于氧化鋁雙通模板背面所覆的導(dǎo)電顆粒呈量子島狀附著在氧化鋁孔洞的孔壁位置，導(dǎo)電顆粒是金、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1nm——20nm范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求
1所述的一種直徑可控的納米管陣列的制備方法，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(jì)和用于連通的導(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(jì)相連，此裝置主要應(yīng)用于低維度納米材料的制備過程。
4.按照權(quán)利要求
1所述的一種直徑可控的納米管陣列的制備方法，其特征在于采用脈沖電沉積法制備納米管陣列，其步驟包括將雙通的氧化鋁模板的背面覆蓋一層導(dǎo)電顆粒作為陰極，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，在陰極沉積得到納米管陣列；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(shí)間Ton在100μs-1s范圍內(nèi)，此段時(shí)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(shí)間Toff在100μs-1s范圍內(nèi)，此段時(shí)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
1所述的一種直徑可控的納米管陣列的制備方法，其特征在于此種方法適用于可采用電化學(xué)沉積的材料其納米管狀結(jié)構(gòu)的制備合成。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種直徑可控的納米管陣列的制備方法。在一種溶液可循環(huán)的電解槽裝置中，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納米管陣列，納米管的直徑在5nm至500nm范圍內(nèi)可調(diào)。此方法適用于可采用電化學(xué)沉積的材料其納米管狀結(jié)構(gòu)的制備合成。
文檔編號B82B3/00GK1995475SQ200610130329
公開日2007年7月11日 申請日期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)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan