[发明专利]纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米结构的制备方法，尤其涉及一种采用模板法制备纳米结构的方法。

背景技术

纳米材料在基础研究和实际应用，如：催化、传感等方面有着巨大价值。因此，纳米材料的制备方法成为研究的热点。目前，纳米材料的制备方法可分为自发生长法(spontaneous growth)、模板合成法(template-based synthesis)、电纺纱法(electrospinning)、平板印刷法(lithography)等。

现有技术提供一种电纺纱法制备二氧化钛纳米线的方法，请参见“Fabrication of Titania Nanofibers by Electrospinning”(Dan Li et al，NanoLetters，vol.3，No.4，p555-560(2003))。该方法将矿物油与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇溶液以及二氧化钛前驱体混合制得浆料，然后通过电纺纱制备二氧化钛纳米结构。进一步，通过加热使矿物油与聚乙烯吡咯烷酮蒸发，可以得到纯的二氧化钛纳米结构。该二氧化钛纳米结构包括多个二氧化钛纳米线，且形成一自支撑结构。虽然电纺纱法可以制备长度较大的纳米线且可以将其制备成一具有自支撑结构的纳米结构，但是，电纺纱法通常需要专门的电纺纱设备，需要一高电压，且需要先将纺纱原料配制成一浆料。所以，采用电纺纱法制备纳米材料工艺复杂，成本较高。

碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)是一种新型纳米结构，由日本研究人员Iijima在1991年首次于实验室制备获得，请参见“Helical Microtubules ofGraphitic Carbon”(S.Iijima，Nature，vol.354，p56(1991))。由于碳纳米管具有一维形貌以及化学、热方面的稳定性，成为模板合成纳米材料的理想模板。

现有技术提供一种采用碳纳米管作为模板生长氮化硅纳米线的方法，请参见何艳阳等于2005年12月19日申请的中国公开专利申请第CN 1803586A号。该方法包括以下步骤：将硅粉与纳米二氧化硅粉按一定的重量比混合；提供一双层刚玉舟，并将该硅粉与纳米二氧化硅粉的混合物置于该双层刚玉舟的下层；将一定量的碳纳米管粉末置于该双层刚玉舟的上层；将该双层刚玉舟置于一含氮气的高温炉中进行还原和氮化反应，在碳纳米管表面生长氮化硅纳米线。该反应过程中，首先是固态的Si和SiO₂反应生成SiO气体，然后生成的SiO气体与氮气反应，并在碳纳米管表面生成氮化硅纳米线。与电纺纱法制备纳米材料相比较，模板法工艺简单，易于操作，成本低廉。

然而，上述采用碳纳米管作为模板生长纳米材料的方法具有以下不足：第一，作为模板的碳纳米管为粉体材料，其长度有限，所以制备的氮化硅纳米线长度较小；第二，采用碳纳米管粉体作为模板不易控制产物形貌；第三，碳纳米管粉体分布不均匀，且容易团聚，影响产物的尺寸及均匀性；第四，该方法制备的氮化硅纳米线无法形成一自支撑结构(所谓自支撑结构是指该结构可以无需一基底而保持一特定形状，如线状或膜状)，限制了其使用。

范守善等人于2002年提出一种制备碳纳米管绳的方法，请参见公告日为2008年8月20日的中国公告专利第CN100411979C号；于2005年提出一种制备碳纳米管丝的方法，请参见公开日为2007年6月20日的中国公开专利申请第CN1982209A号；于2007年提出一种制备碳纳米管薄膜结构的方法，请参见公开日为2008年8月13日的中国公开专利申请第CN101239712A号；于2007年提出一种碳纳米管薄膜的制备方法，请参见公开日为2008年12月3日的中国公开专利申请第CN101314464A号；于2007年提出一种碳纳米管薄膜的制备方法，请参见公开日为2007年4月13日的中国公开专利申请第CN101284662A号。该碳纳米管绳，碳纳米管丝或碳纳米管膜均为具有一自支撑特性的宏观碳纳米管结构。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种采用具有自支撑特性的碳纳米管结构作为模板制备纳米结构的方法。

一种纳米结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一至少部分悬空设置的碳纳米管结构；向该碳纳米管结构引入反应原料；以及引发反应原料进行反应，在该碳纳米管结构表面形成纳米结构。

一种金属氧化物纳米结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一悬空设置的碳纳米管结构；在该悬空设置的碳纳米管结构表面沉积一厚度为50纳米～100纳米的金属层；以及氧化该金属层，获得金属氧化物纳米结构。