CN107052361A - 金属纳米线定向生长方法 - Google Patents

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刘启明
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Abstract

本发明公开了一种金属纳米线定向生长方法，在室温室压下将可以置换出Ag的金属或金属氧化物作为还原剂，在AgNO3溶液中将Ag+还原在弯曲的衬底上，在衬底上生成平行有序定向Ag纳米线阵列；将负载有Ag纳米线的衬底用去离子水清洗后在真空箱内干燥。本发明是在弯曲的衬底上直接生长定向有序的Ag纳米线阵列及其网状阵列的方法，此方法操作简单、制备过程在室温下完成，不需要高温高压，不产生有毒物质。需要的材料简单，不需要对生长基底进行预处理。可以简单有效控制生长Ag纳米线方向、密度、分布等。

Description

金属纳米线定向生长方法
技术领域
本发明涉及制备平行有序一维纳米材料技术领域，特别是涉及金属纳米线定向生长方法。
背景技术
一维纳米材料已经被广泛应用在当今社会的许多领域，比如探测、传感、透明导电电极、芯片等。不管是在科学研究还是实际应用中，对于纳米材料已经不仅仅是要求制备出尺度在1-100nm的材料，而是如何能控制它们的形貌、分布、复合结构以及将其与其它结构或系统很好的整合等。对于一维纳米材料而言，方向、密度、分布等对其性能影响直至应用至关重要。所以寻找能控制纳米线方向、密度和分布的合成方法势在必行。几十年来，人们为了这个目标做了许多努力，有多种控制一维材料生长的方法被研制出来，大致可以分为“自上而下”和“自下而上”两类。前者主要是利用光刻蚀和离子刻蚀等把母版加工成想要的纳米形貌。这种方法，特别是离子刻蚀，由于其高精准性，取得了巨大的成功，直到今天仍然被应用在芯片制造技术上。但是其局限性也较大，工艺复杂、造价较高、制备过程比较缓慢等。其次，自上而下刻蚀不能制备出复杂的纳米结构，而且制备出来的纳米结构也受限于母版材料。这些问题制约了“自上而下”技术的进一步发展。最近，随着纳米技术的进步，“自下而上”的技术有望突破这一技术瓶颈。它主要是指从原子或者分子的层面制备成想要的纳米结构，可以快速、方便的制备出具有复合元素组分和复杂结构的一维纳米材料。从具体的方法来看，“自下而上”技术又可以分为先生长后排列法和原位生长法。其中前者主要是指先生长出想要的一维纳米材料，然后利用各种方法，将这些一维纳米材料排列成有序的阵列，并转移到需要的基底上如机械力的压力法、液体流动法、Langmuir-Blodgett技术、吹泡法、蒸发诱导法、电场诱导法、磁场诱导法等。这些方法取得了很大的成功，丰富了一维材料的种类，在很多领域如透明导电膜和SERS都有较好的应用。但是，先生长再排列这一方法，也有局限性。首先制备出一维材料再转移，操作复杂造价高。其次在制备好一维纳米材料然后转移到目标基底的过程中，往往没有一个有效的方法来控制纳米材料的空间分布和密度，这对于更加精准的应用一维纳米材料是非常不利的。而“自下而上”技术中的原位生长法，有望解决这个问题。这一方法是指在直接生长出想要的一维纳米材料，包括朝向(有序排列)、元素组分、复合结构等。此方法可以有效的控制一维纳米材料的方向、密度、分布等。目前已经被开发出的方法包括：晶种限制生长法、半导体控制生长方向法、蓝宝石表面生长法、模板法等。目前已有的原位生长法，是解决一维纳米材料方向、密度、分布等参数的有效途径。然而，这些方法种类还不够丰富，有其局限性，比如大多数原位生长法是用来合成半导体纳米线，需要特殊的基底或模板等。为了更好的利用一维纳米材料，研发新的原位生长方法很有必要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种金属纳米线定向生长方法。
本发明的技术方案如下：一种金属纳米线定向生长方法，S1在室温室压下将可以置换出Ag的金属或金属氧化物作为还原剂，在AgNO3溶液中将Ag+还原在弯曲的衬底上，在衬底上生成平行有序定向Ag纳米线阵列；
S2将负载有Ag纳米线的衬底用去离子水清洗后在真空箱内干燥。
优选地，在AgNO3溶液中将步骤S1中负载了平行有序定向Ag纳米线阵列的衬底旋转60～120度后，利用还原剂进行二次生长，二次生长后得到Ag纳米线规则排列的网状结构。
优选地，衬底在进行生长Ag纳米线阵列前利用乙醇和去离子水清洗后自然干燥。
优选地，AgNO3溶液的浓度为0.5～10mM,置换反应时间为10min～3h。
优选地，衬底的曲率半径为1cm～∞。
优选地，步骤S2中负载Ag纳米的塑料衬底在真空箱内干燥时间为2～6h。
优选地，所述还原剂为含Cu2O微米颗粒的乙醇溶液，其密度为0.2mg/ml～10mg/ml。
优选地，所述还原剂为含Zn微米颗粒的乙醇溶液，其密度为0.2mg/ml～10mg/ml。
优选地，所述衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚苯乙烯衬底或玻璃衬底。
本发明的有益效果是：
1、本发明是在弯曲的衬底上直接生长定向有序的Ag纳米线阵列及其网状阵列的方法，此方法操作简单、制备过程在室温下完成，不需要高温高压，不产生有毒物质。需要的材料简单，不需要对生长基底进行预处理。可以简单有效控制生长Ag纳米线方向、密度、分布等。
2、Ag纳米线生长控制机理具有普适性，可以应用于制备其它一维纳米材料。制备过程容易在大范围内实现，具有很好的实际应用前景。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明实施例1所合成的Ag纳米线平行有序定向阵列；
图2为本发明实施例2所合成的Ag纳米线网状阵列；
图3为本发明实施例3所合成的Ag纳米线平行有序定向阵列；
图4为本发明实施例4所合成的Ag纳米线平行有序定向阵列；
图5为本发明实施例5所合成的Ag纳米线平行有序定向阵列。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明。
一种金属纳米线定向生长方法优选实施例：
实施例1：
室温下，用乙醇和去离子水超声清洗聚对苯二甲酸乙二醇酯PET衬底表面5min后自然干燥。将20μl 2mg/ml Cu2O乙醇溶液滴到PET衬底表面，乙醇挥发后，将PET衬底弯曲至3cm曲率半径并放入5mM AgNO3溶液中，1h后反应结束。利用去离子水清洗PET衬底表面，然后在真空干燥箱干燥3h，得到平行有序定向的Ag纳米线阵列，如图1所示，所合成的Ag纳米线平行有序阵列，线宽约100nm，线长40～200μm。。
实施例2：
室温下，用乙醇和去离子水超声清洗PET衬底表面5min后自然干燥。将20μl 2mg/ml Cu2O乙醇溶液滴到PET衬底表面，乙醇挥发后，将PET弯曲至3cm曲率半径并放入5mMAgNO3溶液中，30min后取出PET衬底并将其弯曲方向旋转90度，再次放入AgNO3溶液中反应30min。然后利用去离子水清洗PET衬底表面，再在真空干燥箱干燥3h，得到Ag纳米线交叉网状阵列，如图2所示。
实施例3：
室温下，用乙醇和去离子水超声清洗3cm曲率半径的弯曲聚苯乙烯(PS)衬底表面5min后自然干燥。将20μl 2mg/ml Cu2O乙醇溶液滴到PS衬底表面，乙醇挥发后，将装载有Cu2O的PS衬底放入5mM AgNO3溶液中，1h后反应结束。利用去离子水清洗PS衬底表面，然后在真空干燥箱干燥3h，得到平行有序的Ag纳米线阵列，如图3所示。
实施例4：
室温下，用乙醇和去离子水超声清洗PET衬底表面5min后自然干燥。将20μl0.5mg/ml Zn乙醇溶液滴到PET衬底表面，乙醇挥发后，将PET衬底弯曲至3cm曲率半径并放入5mM AgNO3溶液中，1h后反应结束。利用去离子水清洗PET衬底表面，然后在真空干燥箱干燥3h，得到平行有序的Ag纳米线阵列，如图4所示。
实施例5：
室温下，用乙醇和去离子水超声清洗3cm曲率半径的弯曲玻璃衬底表面5min后自然干燥。将20μl 2mg/ml Cu2O乙醇溶液滴到玻璃衬底表面，乙醇挥发后，将装载有Cu2O的玻璃衬底放入5mM AgNO3溶液中，1h后反应结束。利用去离子水清洗玻璃衬底表面，然后在真空干燥箱干燥3h，得到平行有序的Ag纳米线阵列，如图5所示。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种金属纳米线定向生长方法，其特征在于：
S1在室温室压下将可以置换出Ag的金属或金属氧化物作为还原剂，在AgNO3溶液中将Ag+还原在弯曲的衬底上，在衬底上生成平行有序定向Ag纳米线阵列；
S2将负载有Ag纳米线的衬底用去离子水清洗后在真空箱内干燥。
2.根据权利要求1所述金属纳米线定向生长方法，其特征在于：在AgNO3溶液中将步骤S1中负载了平行有序定向Ag纳米线阵列的衬底旋转60～120度后，利用还原剂进行二次生长，二次生长后得到Ag纳米线规则排列的网状结构。
3.根据权利要求1或2任一所述金属纳米线定向生长方法，其特征在于：衬底在进行生长Ag纳米线阵列前利用乙醇和去离子水清洗后自然干燥。
4.根据权利要求1或2任一所述金属纳米线定向生长方法，其特征在于：AgNO3溶液的浓度为0.5～10mM,置换反应时间为10min～3h。
5.根据权利要求1或2任一所述金属纳米线定向生长方法，其特征在于：衬底的曲率半径为1cm～∞。
6.根据权利要求1或2任一所述金属纳米线定向生长方法，其特征在于：步骤S2中负载Ag纳米的塑料衬底在真空箱内干燥时间为2～6h。
7.根据权利要求1或2任一所述金属纳米线定向生长方法，其特征在于：所述还原剂为含Cu2O微米颗粒的乙醇溶液，其密度为0.2mg/ml～10mg/ml。
8.根据权利要求1或2任一所述金属纳米线定向生长方法，其特征在于：所述还原剂为含Zn微米颗粒的乙醇溶液，其密度为0.2mg/ml～10mg/ml。
9.根据权利要求1或2任一所述金属纳米线定向生长方法，其特征在于：所述衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚苯乙烯衬底或玻璃衬底。
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