CN1594068A - 一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，它是由以下步骤所构成：(1)采用多孔氧化铝膜作为掩膜的模板，并将其覆盖在一定的基体材料上；(2)通过镀膜技术在基体材料上形成纳米颗粒阵列体系；(3)撤掉多孔氧化铝模板，得到纳米颗粒阵列体系；(4)利用步骤(1)、(2)、(3)所制备得的纳米颗粒阵列经过原位的化学反应转化，可进一步获得其他材料的纳米颗粒阵列体系。本发明的优越性在于该方法所制备的纳米材料具有尺寸、取向和位置可控及纳米材料的直径具有宽范围(5～200纳米)可调的特性；可在多种基体上组装纳米材料，可制备多功能纳米颗粒、纳米线、纳米管或纳米柱阵列体系。
Description
(一)技术领域：
本发明属于化学、化工领域，特别是一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法。
(二)背景技术：
目前，纳米材料在各领域中的应用越来越广泛，各种纳米器件在实验室中的诞生意味着微电子器件将进入一个新的时代——即以各种量子效应为基础的量子器件。半导体纳米材料(如量子点、量子线和超晶格)因具有许多奇异的光、电、敏感和催化等特性，从而引起了人们的广泛兴趣。然而，纳米器件的制备仍是目前一个具有挑战性的课题。我们知道，纳米材料器件化通常要求能控制所生长的材料的结构、维度、大小、位置和取向，要能在适当的基体上组装或集成所需要的结构和性能的纳米材料阵列体系。迄今，有关纳米材料的控制生长及其阵列体系的组装仍是当前材料领域一个富有挑战性的研究课题。
利用多孔氧化铝膜作为模板组装有序纳米结构阵列体系是20世纪90年代发展起来的前沿技术，它为设计纳米元器件奠定了基础。多孔氧化铝模板是通过高纯铝片在20～70V的电压下，在硫酸、草酸或磷酸的溶液中，经过一步或两步阳极氧化腐蚀而制备的。模板的孔径均匀，孔的直径依据腐蚀电压的不同在5～200纳米之间变化。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，它使所生长的纳米材料在尺寸、取向和生长位置等方面具有可控性，并按照人们的意愿在一定的基体上集成和组装纳米材料。
本发明的技术方案：一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：
(1)采用多孔氧化铝膜作为掩膜的模板，并将其覆盖在一定的基体材料上；
(2)通过镀膜技术在基体材料上形成纳米颗粒阵列体系；
(3)撤掉多孔氧化铝模板，得到纳米颗粒阵列体系；
(4)利用步骤(1)、(2)、(3)所制备得的纳米颗粒阵列经过原位的化学反应转化，可进一步获得其他材料的纳米颗粒阵列体系。
上述所说的基体包括单晶硅片、玻璃、导电玻璃、氧化铝宝石、金属或其它适合于作基体的材料。
上述所说的镀膜技术包括磁控溅射镀膜方法、热蒸发镀膜方法、电子束蒸发镀膜方法、化学气相沉积镀膜方法或者激光镀膜方法。
上述所说的原位的化学反应转化可以是气相反应，也可为固相反应；可以是一步反应，也可为多步反应。
上述所说的步骤(1)、(2)、(3)或(1)、(2)、(3)、(4)所制备的纳米颗粒或其他材料的纳米颗粒作为阵列催化剂，通过气—液—固(VLS)反应机制，在多种基体材料上生长出一维或准一维纳米材料阵列体系。
上述所说的在基体材料上生长出的一维或准一维纳米材料包括金属、金属氧化物、半导体类材料的纳米管、纳米线、纳米柱及纳米棒。
本发明的工作原理为：首先用阳极腐蚀法制备出具有可调孔径和孔间距的通孔氧化铝膜板，并利用模板纳米掩膜方法在适当的基体上制备出纳米颗粒阵列，然后通过原位化学反应转化或VLS反应机制来制备纳米颗粒、纳米线、纳米管或纳米柱阵列体系。
本发明的优越性在于：(1)该方法所制备的纳米材料具有尺寸、取向和位置可控，纳米材料的直径具有宽范围(5～200纳米)可调；(2)该方法可以比较方便地在包括硅片等多种基体上组装纳米材料，这为纳米材料走向器件应用提供了必要技术途径；(3)该方法可制备许多功能纳米材料(如金属、金属氧化物、半导体等)的纳米颗粒、纳米线、纳米管或纳米柱阵列体系，具有普适性；(4)该方法制备的纳米颗粒、纳米线、纳米管或纳米柱的尺寸均一，呈现高度有序的阵列结构。
(四)附图说明：
附图1为本发明所涉一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法中所需的利用阳极氧化法制备的典型的氧化铝模板结构图。
附图2为本发明所涉一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法在硅片上形成的高度有序的氧化锌纳米点阵列体系的扫描电镜照片。
附图3为本发明所涉一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法在硅片上形成的氧化锌纳米柱阵列体系的扫描电镜照片。
(五)具体实施方式：
实施例1：一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：
(1)用多孔氧化铝膜作为掩膜的模板，并将其覆盖在一定的基体材料上，基体材料取单晶硅片；
(2)通过电子束蒸发的方法，在基体材料上形成金属锌纳米颗粒阵列体系，蒸发源是纯度为99.99％的高纯锌粒；
(3)撤掉多孔氧化铝模板，得到金属锌纳米颗粒阵列体系；
(4)利用步骤(1)、(2)、(3)所制备得的金属锌纳米颗粒阵列，经过原位的化学反应转化，使金属锌进一步与水蒸气反应，反应式为： ，可进一步获得氧化锌纳米颗粒阵列体系。
实施例2：一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：
(1)采用多孔氧化铝膜作为掩膜的模板，并将其覆盖在一定的基体材料上，基体材料取单晶硅片；
(2)通过电子束蒸发的方法，在基体材料上形成金属锌纳米颗粒阵列体系，蒸发源是纯度为99.99％的高纯锌粒；
(3)撤掉多孔氧化铝模板，得到金属锌纳米颗粒阵列体系；
(4)利用步骤(1)、(2)、(3)所制备得的金属锌纳米颗粒阵列经过原位的化学反应转化，可进一步获得氧化锌(ZnO)的纳米颗粒阵列体系；
(5)利用步骤(1)、(2)、(3)、(4)所制备的氧化锌纳米颗粒作为阵列催化剂，通过气—液—固(VLS)反应机制，经过化学气相沉积的方法在单晶硅基体上生长纳米柱
阵列体系，反应气体通过加热石墨和氧化锌混合粉体产生，并通过氩气载带。
Claims (6)
1、一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：
(1)采用多孔氧化铝膜作为掩膜的模板，并将其覆盖在一定的基体材料上；
(2)通过镀膜技术在基体材料上形成纳米颗粒阵列体系；
(3)撤掉多孔氧化铝模板，得到纳米颗粒阵列体系；
(4)利用步骤(1)、(2)、(3)所制备得的纳米颗粒阵列经过原位的化学反应转化，可进一步获得其他材料的纳米颗粒阵列体系。
2、根据权利要求1所说的一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于所说的基体包括单晶硅片、玻璃、导电玻璃、氧化铝宝石、金属或其它适合于作基体的材料。
3、根据权利要求1所说的一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于所说的镀膜技术包括磁控溅射镀膜方法、热蒸发镀膜方法、电子束蒸发镀膜方法、化学气相沉积镀膜方法或者激光镀膜方法。
4、根据权利要求1所说的一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于所说的原位的化学反应转化可以是气相反应，也可为固相反应；可以是一步反应，也可为多步反应。
5、根据权利要求1所说的一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于利用步骤(1)、(2)、(3)或(1)、(2)、(3)、(4)所制备的纳米颗粒或其他材料的纳米颗粒作为阵列催化剂，通过气—液—固(VLS)反应机制，在多种基体材料上生长出一维或准一维纳米材料阵列体系。
6、根据权利要求5所说的一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法，其特征在于所说的在基体材料上生长出的一维或准一维纳米材料包括金属、金属氧化物、半导体类材料的纳米管、纳米线、纳米柱及纳米棒。
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