[发明专利]一种有序堆积的纳米线膜/体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制造方法，具体地，涉及一种有序堆积的纳米线膜/体的制造方法。

背景技术

纳米科技是20世纪中后期兴起的新科技,是20世纪重大科技成就之一。它是研究由尺寸在0.1～100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用。纳米材料的基本特征是其特征尺寸在1～100纳米尺度范围内，根据材料的三维尺度,可分为纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜等。另外，通过具有纳米尺寸的单元按照一定方式组装形成的材料，其总体尺寸超出纳米尺度，仍然保持着纳米结构单元的纳米尺寸效应，称为纳米结构材料，上述两类统称为纳米材料。

纳米材料的量子尺寸效应、宏观隧道效应、表面及界面效应等十分显著。因此，纳米材料在光、热、电磁方面与常规体材料有着较大不同，出现了许多新奇特性，这些优异特性使纳米材料在磁性材料、电子材料、光学材料、催化、传感等方面具有广阔的应用前景。近些年来，纳米纤维的制备和应用研究倍受关注。

US2011/0107569专利中提到两种制造有序排列的纳米线的方法：

方法1如图1所示，在绝缘柔性衬底110上沉积细长的种子层114。种子层114的顶部和一个侧面覆盖金属118(例如Cr铬)。细长的压电纳米结构122(例如ZnO纳米线)从种子层114露出的一个侧面生长出。纳米结构122的末端覆盖金属126(例如金)。

这种方法的局限性在于必须制备种子层来生长纳米结构。

方法2如图2所示，在第一衬底220上垂直生长压电纳米线阵列222，第二衬底214用合适的力扫过纳米线阵列222表面，使纳米线224有序的转移到第二衬底214表面。在第二衬底214表面用刻蚀方法制作细长的金属电极232(例如金)。电极232方向与纳米线224方向垂直。其缺点是有序排列的纳米线224彼此接触不够致密，没有形成纳米线的堆积。

现有技术中制造纳米材料的技术还包括利用静电纺丝技术制备有序排列的纳米纤维。该方法成功的关键是使用一个由两片分离的导电性衬底组成的收集器，其间距可以从几百微米到几个厘米变化。通过高压静电装置提供静电力作为驱动力，带电纳米纤维被拉伸跨越过此间距，从而形成大面积单轴对齐阵列，因为纳米纤维是悬置在间隙上方，它们可以方便地转移到其他衬底的表面，有序排列的纳米纤维阵列可以逐层的堆积形成三维网状结构。图3为用不同材料做出的有序排列的纳米线：(A)碳纳米纤维，(B)TiO₂/PVP，(C)TiO₂，(D)Sb掺杂的SnO₂。其中的插图为放大之后的纳米线结构。纳米纤维大多是有机材料，或经过煅烧后形成氧化物的多晶材料。静电纺丝技术的缺点是不能制备单晶的纳米线。

静电纺丝技术是制备一维纳米纤维有效、便捷的方法，但是利用这种方法制备纤维产量太低，生长方向难控制。并且溶液的粘度、溶质的分子量和溶剂的挥发性对纺丝都有影响。同时环境的湿度和温度也会影响纺丝效果。因此，静电纺丝技术和设备还有待研究和改善，在以后的工作中还应继续挖掘提高静电纺丝技术的性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种有序堆积的纳米线膜/体的制造方法，该方法不需要生长种子层就能获得致密的纳米材料，且不受材料的限制。具体的，该方法包括以下步骤：

a.准备事先制备的纳米线；

b.将所述纳米线悬浮在溶剂中，形成均匀的悬浊液；

c.将所述悬浊液装入离心管；

d.所述悬浊液进行高速离心沉淀，所有的纳米线沉淀在管底，形成有序堆积的纳米线沉淀；

e.移除上清液，将有序堆积的纳米线沉淀进行烘干并从离心管管底剥离，完成制造有序堆积的纳米线膜/体。

其中，在步骤d之前还包括步骤f：将所述悬浊液进行高速离心沉淀之前，将所述纳米线进行低速离心提纯，以除去直径偏大的纳米线或纳米颗粒。

其中，在步骤d之前还包括步骤g：将所述悬浊液进行高速离心沉淀之前，将所述纳米线进行高速离心提纯，以除去直径偏小的纳米线或纳米颗粒。

其中，所述有序堆积的纳米线膜/体中的纳米线近似平行有序排列，纳米线彼此紧密接触，密实堆积。

其中，所述纳米线包括有机物纳米线、氧化物纳米线、金属纳米线、半导体纳米线、绝缘体纳米线。

其中，所述纳米线是实心结构或中空管状结构。

其中，所述纳米线长度与其直径的比不大于600。