CN1522951A - 一种制备纯银单晶纳米线的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种制备纯银单晶纳米线的方法及装置，属于纳米材料制备技术领域。本发明提供了一种全新的银单晶纳米线的制备方法，它是在全固态环境且无任何模板的条件下，在常温、常压和大气气氛中，通过改变银离子导电薄膜MI xMII 1－xAg4I5(MI和MII为K，Rb，Cs，x＝0～1)的外加电场强度和作用时间制备出具有不同长度和直径的银单晶纳米线；可以使制备的银纳米线的长度达几百微米以上，且生长的方向是由直流电场方向控制的。该方法操作简单，单晶纳米线的尺寸易于控制。本发明所制备的单晶银纳米线可作为导线或器件应用于纳米尺度的电子学及光电子学领域中。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种制备纯银单晶纳米线的方法及装置。
背景技术
关于银纳米线(silver nanowire)的制备目前已有多篇文献报道，但归纳起来其银纳米线多是采用模板法以及在液体环境下利用银离子溶液电沉积的方法制备出来的[见文献B.H.Hong，S.C.Bae，C.W.Lee，and et al.，Science，294(2001)348-351；P.K.Mukherjeeand D.Chakravorty，J.Mater.Res.，17(2002)3127-3132；J.Zhang，X.Wang，X.Peng，andet al.，Applied Physics A，75(2002)485-488；G.J.Chi，S.W.Yao，J.Fan and et al.，Acta Physico-Chimica Sinica，18(2002)532-535；M.Barbic，J.J.Mock，D.R.Smith andet al.，J.Appl.Phys.，91(2002)9341-9345；J.J.Zhu，Q.F.Qiu，H.Wang and et al.，Inorganic chemi stry communications，5(2002)242-244；S.Bhattachryya，S.K.Saha，D.Chakravorty，Appl.Phys.Lett.，77(2000)3770-3772；Y.Zhou，S.H.Yu，X.P.Cui andet al.，Chemistry of Materials，11(1999)545-549]。利用这些方法制备的银纳米线的尺度和形状要么由模板的尺度和形状决定，要么在液体环境下不易得到控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种银单晶纳米线的全新制备方法，用这种方法可以在全固态环境且无任何模板的条件下，在常温、常压和大气中，通过改变银离子导电薄膜的外加电场强度和作用时间制备出具有不同长度和直径的银单晶纳米线。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的纯银单晶纳米线的制备方法，该方法包括如下步骤：
一种制备纯银单晶纳米线的装置，其特征在于：该装置包括直流电源，基片及沉积在其上的银离子导电膜，金属阳极和金属阴极，所述的金属阳极和金属阴极为沉积在基片两端的金属Ag膜。
一种纯银单晶纳米线的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)将银离子导电膜沉积在基片上；
(2)然后在基片的两端分别沉积Ag膜作为阴极和阳极，并使其分别与直流电源的负极和正极相连接；或是先在基片的两端沉积Ag膜作为阴极和阳极，然后再在其上面沉积银离子导电膜，使阴极和阳极的Ag膜分别与直流电源的负极和正极相连接。
(3)在两极间施加外加直流电场，电场强度为100～500伏特/米之间。
发明所采用的基片为单晶氯化钠(NaCl)。
本发明提供了一种全新的银单晶纳米线的制备方法，用这种方法可以在全固态环境且无任何模板的条件下，在常温、常压和大气中，通过改变银离子导电薄膜的外加电场强度和作用时间制备出具有不同长度和直径的银单晶纳米线，它可以使制备的银纳米线的长度达几百微米以上，且生长的方向是由直流电场方向控制的。该方法操作简单，单晶纳米线的尺寸易于控制。本发明所制备的单晶银纳米线可作为导线或器件应用于纳米尺度的电子学及光电子学领域中。
附图说明
图1a、图1b是本发明的实验装置的结构示意图。
图2是纳米线的扫描电镜能量散射谱-EDS的分析结果，它表明纳米线只含有Ag元素。
图3是单根纳米线图像及其透射电子显微镜的选区衍射图样，图中标尺长度为100纳米。
图4是NaCl基片上在Ag阴极附近长出的银纳米线扫描电子显微镜图像，大图中标尺长度为200微米，插图是单根纳米线的扫描电子显微镜图像，插图标尺为200纳米。
图5是NaCl基片上在Ag阴极附近长出的银纳米线扫描电子显微镜图像，标尺长度为20微米。
具体实施方式
如图1a、1b所示，这种实验装置可以有两种排列方式，其效果是一样的。它包括NaCl基片1，金属阳极(Ag膜)2，银离子导电膜3，金属阴极(Ag膜)4，直流电源5。
下面详细说明本发明提供的银单晶纳米线的制备方法及其机理：将银离子导电膜MI xMII 1-xAg4I5(MI和MII为K，Rb，Cs，x＝0～1)沉积在NaCl单晶基片上，膜厚在100～200纳米之间，然后在其两端分别沉积Ag膜作为阴极和阳极，并使其分别与直流电源的负极和正极相连接(如图1a所示)，或是先在NaCl单晶基片上沉积Ag膜作为阴极和阳极，然后在其上面沉积银离子导电膜MI xMII 1-xAg4I5(MI和MII为K，Rb，Cs，x＝0～1)，同样使阴极和阳极的Ag膜分别与直流电源的负极和正极相连接(如图1b所示)。这样，在外电场作用下，阳极Ag膜中的Ag原子会失去电子变成Ag+离子，并且它会通过离子导电膜向阴极移动，在阴极Ag+离子会得到电子还原成Ag原子并在阴极表面形成晶核，进而随后而至的Ag+离子会在核上不断堆积且渐渐长大。由于最先长大的银晶粒在阴极表面会聚集大量电荷，更易吸引Ag+离子向其顶端靠拢，导致其顶端生长优势的存在，促进银纳米线的形成。实验表明：两极之间的电场越强，纳米线的直径越大，电场作用的时间越长，纳米线的长度越长。
为得到各种不同长度和直径的单晶银纳米线，在两极间施加外加直流电场，电场强度应控制在100～500伏特/米之间。
关于银离子导电膜及其制备方法，本发明人在以下的文献中已详细公开：“V.K.Miloslavsky，O.N.Yunakova and
J.L.Sun.Exciton spectrum in superionic RbAg4I5conductor，Funct.Mater.1994，1，51-55”；“В.К.Милославский иЦ.Л.Сунъ.Оптическии спектр и зкситоны всуперионном проводнике КAg4I5，Функц.Матер.1995，2，438-440”；“
J.L.Sun，G.Y.Tian，Y.Cao and et al..Phase transition and temperaturedependence of the A1 low-frequency exciton band parameters in quaternary compoundRb0.5Cs0.5Ag4I5thin films，Chin.Phys.Lett.，2002，19，1326-1328”。
另外，本发明人曾在申请号为02121109.4，名称为“一种固体电介质晶体材料及其晶体薄膜的制备方法”同样对银离子导电薄膜的制备方法进行了说明。
实施例1：
我们先在新解理的NaCl单晶基片上沉积Ag膜作为阴极和阳极，然后在其上面沉积100纳米厚的RbAg4I5薄膜，并使阴极和阳极的Ag膜分别与直流电源的负极和正极相连接(如图1b所示)。
取外加电场强度为200伏特/米，生长时间1小时，得到银单晶纳米线长数百微米，直径几十纳米(图4)。
实施例2
我们先在新解理的NaCl单晶基片上沉积Ag膜作为阴极和阳极，然后在其上面沉积200纳米厚的K0.5Rb0.5Ag4I5薄膜，并使阴极和阳极的Ag膜分别与直流电源的负极和正极相连接(如图1a所示)
取外加电场强度为500伏特/米，生长时间10分钟，得到银纳米线长数十微米，直径几百纳米(图5)。
为准确判断得到的纳米线中所含化学元素，我们对其做了扫描电镜的能量散射谱-EDS的分析(图2)，结果表明纳米线中只含有银元素。此外透射电子显微镜的选区衍射图样(图3)表明：所得纳米线具有单晶结构。
Claims (3)
1.一种制备纯银单晶纳米线的装置，其特征在于：该装置包括直流电源，基片及沉积在其上的银离子导电膜，金属阳极和金属阴极，所述的金属阳极和金属阴极为沉积在基片两端的金属Ag膜。
2.采用如权利要求1所述装置的一种纯银单晶纳米线的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)将银离子导电膜沉积在基片上；
(2)然后在基片的两端分别沉积Ag膜作为阴极和阳极，并使其分别与直流电源的负极和正极相连接；或是先在基片的两端沉积Ag膜作为阴极和阳极，然后再在其上面沉积银离子导电膜，使阴极和阳极的Ag膜分别与直流电源的负极和正极相连接。
(3)在两极间施加外加直流电场，电场强度在100～500伏特/米之间。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的基片采用单晶氯化钠。
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