[发明专利]一维纳米材料植入金属电极表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米材料技术领域的方法，具体是将一种一维纳米材料植入金属电极表面的方法。

背景技术

二十世纪初，一维纳米材料研究取得了突出进展，特别是将其组装成了电极，《Science》杂志将其列为当年的重大科学突破，如今一维纳米材料已经成为纳米材料研究中最热门的领域。一维纳米材料主要包括纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管、纳米纤维等，由于其不仅具有通常纳米材料所具有的表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等，还具有其独特的热稳定性、机械性、电子传输和光子传输性、光学性质、光电导和场发射效应等，使其具有广泛的应用前景。

得意于这些独特的性能，将其植布于金属表面作为电极，可制备性能优异的场发射器件、气体离化传感器、电化学传感器等多种器件。

经对现有技术的文献检索发现，J.Justin Gooding，Electrochimica Acta(电化学学报)50期，2005年3049-3060页，“Nanostructuring electrodes with carbon nanotubes：A review onelectrochemistry and applications for sensing，”(碳纳米管修饰纳米结构电极：电化学机制及其在传感领域的应用)，Jung Inn Sohn等在《Current Applied Physics》1(2001)，61-65上发表的文章“Large field emission current density from well-aligned carbon nanotube fieldemitter arrays”(定向碳纳米管场发射阵列的高密度场发射电流研究)，Peidong Yang等在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERRIALS》(2002)，323-331上发表的文章“ControlledGrowth of ZnO Nanowires and Their Optical Properties”(ZnO纳米线的控制生长及它们的光学性质)，在将一维纳米材料植入金属电极表面主要通过以下技术途径实现：

(1)在金属表面用光刻技术做出一层特定分布的催化剂薄膜，再用化学气相沉积(CVD)或其它方法在催化剂图形表面生长一维纳米材料。

(2)将一维纳米材料分散在浆料中，用丝网印刷的方法将其印在金属电极上，然后去除溶剂，将粘合物材料烧结，硬化；

(3)对一维纳米材料进行表面改性后，自组装至电极表面。

(4)制备聚合物一维纳米材料复合材料或纯一维纳米材料薄膜直接用作电极。

(5)用Nation等粘接剂等将一维纳米材料粘合在电极表面或无粘接剂的条件下，将一维纳米材料分散液直接滴在金属电极表面；

分析上述技术可以发现，在一维纳米材料与金属电极的电连接，机械结合以及与此相关的器件寿命等方面存在比较明显的不足。

丝网印刷法工艺成本低，适合于大面积制备，但是有机残留物难以彻底清除，高温烧结处理的工艺兼容性差，电极表面平整性差，加工精度低。直接生长法通过在衬底材料上的催化剂作用生长出一维纳米材料，这种方法制备的一维纳米材料形态良好，分布可控，但是工艺成本高，工艺兼容性差，容易对先形成的部件造成损伤。使用粘接剂时，粘接剂容易包覆在一维纳米材料表面，影响了器件的灵敏度和精度，而不采用粘接剂时，一维纳米材料在金属表面的含量有限，结合不牢固，会对器件寿命产生不利影响。采用聚合物基复合材料作为电极同样会由于机体导电性能差而造成器件性能的下降。纯一维纳米材料薄膜造价高，单根一维材料与电极表面的结合强度低，自组装法虽然可以实现一维纳米材料在电极表面的垂直组装，但是同样难以确保一维纳米材料与电极之间的牢固结合，因而影响器件寿命。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种一维纳米材料植入金属电极表面的方法，能使一维纳米材料一部分根植于在金属中，与金属形成牢固结合，其余部分暴露在外，形成功能界面，最终使一维纳米材料形成植入并均匀分布在金属表层的“植布”效果。本发明可以用于制备高性能场发射器件，气体离化传感器和电化学传感器等多种以一维纳米材料与金属基底结合的修饰电极为核心结构的器件中。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步、对一维纳米材料进行包含切短、纯化、表面改性的预处理；

所述的预处理包括：