CN102442637A

CN102442637A - 垂直衬底纳米线阵列的制备方法

Info

Publication number: CN102442637A
Application number: CN2011104214877A
Authority: CN
Inventors: 武光明; 邢光建; 张志乾; 丁尧
Original assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明公开了一种垂直衬底纳米线阵列的制备方法，属于纳米线材料制备领域。该方法包括：将生长纳米线阵列用的基片设置在溶解有纳米材料的溶液中，使制备纳米线的材料在溶液中合成并形成纳米颗粒；在所述基片上方同一水平面内设置至少两列垂直相交的超声波形成超声驻波场，使所述纳米颗粒沿所述超声驻波场的驻波节点柱在溶液中向基片上沉降，沉积在基片上垂直于基片表面生长成阵列式排列的纳米线阵列。该方法通过使纳米颗粒在超声驻波场的驻波节点柱作用下在溶液中向基片上沉积，使纳米颗粒在基片上沉积形成纳米线阵列。该方法工艺简单，可控性好，可生产高质量的纳米线材料。

Description

垂直衬底纳米线阵列的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米线材料的制备领域，尤其涉及一种垂直衬底纳米线阵列的制备方法。

背景技术

纳米线阵列结构具有纳米材料的一般效应，由于维度限制其量子效应更明显，整体的排列分布很容易实现电、磁、光等外场的控制，其应用极为广泛。

单晶硅纳米线阵列有很好的减反射性能，制作的新型硅纳米阵列太阳电池，其中垂直阵列最高转化率为9.31％，倾斜阵列最高转换效率为11.37％。

纳米线阵列具有很高的比表面积，这也极大地提高了器件的电流承载能力。基于PEDOT-PSS纳米线阵列的有机发光二极管的最大承载电流密度是相应有机薄膜发光二极管的40倍。可控高分子纳米线可用于柔性电子器件，有机发光二极管(OLED)，有机太阳能电池，生物传感器，以及合成肌肉，从而对高分子材料的进一步发展和应用产生重要影响。

一维磁纳米线阵列具有高度的磁各向异性，易磁化方向一般与纳米线轴线平行，在外磁场垂直于膜面磁化时，磁滞回线具有较高的矩形比，表现出比二维磁纳米薄膜更优越的磁学特性，成为人们研究的热点。磁纳米线阵列有非常良好的巨磁电阻效应(GMR)，比通常的磁性金属或合金的磁电阻数值高10余倍。利用GMR可使计算机磁盘存储能力提高30倍，2001年由磁纳米线阵列组成的纳米磁盘存储密度达到几百个G，纳米光盘存储密度也提高了1000倍。解决磁纳米线阵列的关键是如何对此纳米线进行合理的排列和搭线，使其更好的应用于磁记录、传感器和磁存储等领域。

镍硅合金纳米线阵列可用作锂电池负极材料，有优良的循环功能，有潜在的应用价值。基于ZnO纳米线阵列膜的电子/光电子器件，主要包括：紫外光探测器件、发光二极管、气体传感器、太阳能电池、基于场发射的平板显示器件。如果能够对纳米结构的位置、生长取向、形貌等进行高精度的控制，就会得到这些器件更好的性能。目前的研究表明，电极的纳米化是提高电极传感性能的有效手段。将一维纳米阵列电极用于化学和生物传感器可以降低传感底线、提高灵敏度以及扩大电极对检测物电化学响应的线性范围。

近两年对一维纳米线阵列结构温差电材料制备技术的研究，已引起美国等发达国家的充分重视。纳米线阵列材料通过人为组装可以制备纳米级显示器。纳米线阵列的应用远不止这些。廉价、低成本、工艺简单、材料适用性强的制备纳米线阵列技术，尤其达到简单可控的纳米线阵列技术是非常有意义的。但目前还没有简单易行的可控制备纳米线阵列材料的方法。

发明内容

本发明实施方式提供一种垂直衬底纳米线阵列的制备方法，可以实现可控制备高质量的纳米线阵列。

解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明实施方式提供一种垂直衬底纳米线阵列的制备方法，该方法包括：

将生长纳米线阵列用的基片设置在溶解有纳米材料的溶液中，使制备纳米线的材料在溶液中合成并形成纳米颗粒；

在所述基片上方同一水平面内设置至少两列垂直相交的超声波形成超声驻波场，使所述纳米颗粒沿所述超声驻波场的驻波节点柱在溶液中向基片上沉降，沉积在基片上垂直于基片表面生长成阵列式排列的纳米线阵列。

上述方法还包括：生成纳米线阵列后，通过热分解蒸发除去溶液，得到所形成的纳米线阵。

上述方法中，所述热分解蒸发温度小于70℃。

上述方法还包括：

对所述基片上形成的纳米线阵列进行热处理，使纳米线阵列晶化在所述基片上。

上述方法中，所述超声驻波场由至少两组处于同一平面且相交的超声换能器和反射板构成；其中，超声换能器均与超声波发射器连接，反射板能微调移动。

上述方法中，通过调节形成超声驻波场的超声波的频率调整所形成的纳米线阵列中纳米线之间的距离。

上述方法中，通过调节形成超声驻波场的超声波的功率调整所形成的纳米线阵列的各纳米线的直径。

上述方法中，通过控制纳米颗粒在溶液中的沉积时间调整纳米线阵列中纳米线的长度。

上述方法中，通过调节形成超声驻波场的各超声波之间相交的夹角调整形成的纳米线阵列中纳米线的截面形状。

由上述提供的技术方案可以看出，本发明实施方式提供的方法中，通过使纳米颗粒在超声驻波场的驻波节点柱作用下在溶液中向基片上沉积，使纳米颗粒在基片上沉积形成纳米线阵列。该方法工艺简单，可控性好，可生产高质量的纳米线材料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的制备方法所用制备装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的制备方法所用制备装置的侧剖面示意图；

图中各标号对应的名称为：1-容器；2-第一换能器；3-第一超声波发生装置；4-第二超声波发生装置；5-第二超声波发生装置；6-第一反射板；7-第二反射板；8-纳米材料形成的纳米颗粒；9-纳米线阵列；10-基片；11-微调螺钉；12-温控装置；13-热电偶；14-电加热器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种垂直衬底纳米线阵列的制备方法，采用图1所示的制备装置，该方法包括：

上述方法中，所述热分解蒸发温度小于70℃。

上述方法还包括：对所述基片上形成的纳米线阵列进行热处理，使纳米线阵列晶化在所述基片上。

下面结合图1、2所示的制备装置及制备纳米线阵列的过程对上述制备方法作进一步说明。

图1所示的制备装置由容器、第一超声波发生装置、第一换能器、第一反射板、第二超声波发生装置、第二反射板和第二换能器构成，第一换能器设置在容器内的一侧壁上，第一反射板设置在与第一换能器相对的容器侧壁上，与第一换能器相对应，第一换能器与第一超声波发生装置连接，使第一超声波发生装置经第一换能器输出的超声波直射至第一反射板上形成第一列超声波；

第二换能器设置在容器内与第一换能器相邻的另一侧壁上，第二反射板设置在与第二换能器相对的容器侧壁上，与第二换能器相对应，第二换能器与第二超声波发生装置连接，使第二超声波发生装置经第二换能器输出的超声波直射至第二反射板上形成与第一列超声波正交的第二列超声波，即第一列超声波与第二列超声波相交后形成超声驻波场；

这样将基片设置在容器底部，超声驻波场在基片上方，超声驻波场的驻波节点柱垂直指向基片，容器内设置溶液，溶液可采用容易热分解蒸发，并且不会与纳米材料发生反应及分解纳米材料的溶液，使纳米材料形成的纳米颗粒在溶液中向基片上沉积，纳米颗粒在超声驻波场的作用下，沿超声驻波场的驻波节点柱向基片上沉积，沉积在基片上时，纳米线垂直基片表面生长，沿驻波节点柱排列，形成纳米线阵列。

为保留所形成的纳米线阵列，在基片上生成纳米线阵列后，可采用热分解蒸发方式除去溶液，以保留所形成的纳米线阵。并且，为使纳米线阵列晶化在基片上，可对形成的纳米线阵列通过热处理使其晶化在基片上。具体可如图2所示，在上述装置中设置温控装置，在容器内设置电加热器和热电偶，使电加热器和热电偶与温控装置连接，控制温度，实现热分解蒸发，电加热器可设置在容器中基片的底部，以根据温控装置的控制对基片加热。所述的热分解蒸发温度小于70℃，所述的热处理温度根据材料的晶化温度确定。

通过上述制备装置，使得超声驻波场的每个驻波节点面相交形成节点柱作为纳米线生长的力学模板，使溶液中的纳米颗粒在该力学模板的作用下向基片上沉积，从而在基片上形成纳米线阵列。纳米线阵列中纳米线之间的距离通过控制形成超声驻波场的两列(或多列)超声波的频率来控制，纳米线阵列中纳米线粗细通过控制形成超声驻波场的两列(或多列)超声波的的功率来控制。纳米线阵列的长度通过沉积时间控制。纳米线的截面形状通过调整形成超声驻波场中的两列(或多列)超声波的之间相交的夹角来控制。基片的材料没有限定，适合生长纳米线即可。纳米线材料只要符合溶液法生成的纳米材料均可。制备过程中，纳米线阵列的长度需要不断增加则反应原料也要不断补充，但不超过在超声驻波场中节点柱的高度，必要时可以缓慢垂直降低基片来增加纳米线阵列长度。

本发明实施例提供的制备方法，具有操作简单、成本低，可控性好，能制备高质量的纳米线阵列材料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种垂直衬底纳米线阵列的制备方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：生成纳米线阵列后，通过热分解蒸发除去溶液，得到所形成的垂直衬底的纳米线阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热分解蒸发温度小于70℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声驻波场由至少两组处于同一平面且相交的超声换能器和反射板构成；其中，超声换能器均与超声波发射器连接，反射板能微调移动。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，通过调节形成超声驻波场的超声波的频率调整所形成的纳米线阵列中纳米线之间的距离。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，通过调节形成超声驻波场的超声波的功率调整所形成的纳米线阵列的各纳米线的直径。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，通过控制纳米颗粒在溶液中的沉积时间调整纳米线阵列中纳米线的长度。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节形成超声驻波场的各超声波之间相交的夹角调整形成的纳米线阵列中纳米线的截面形状。