[发明专利]一种陶瓷‑金属纳米线复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种陶瓷-金属纳米线复合薄膜的制备方法。

背景技术

一维金属纳米线与化合物陶瓷相复合形成的材料，由于其特有的结构特征(金属与陶瓷相间、周期性排列)，可在光、电、磁等物理性质方面呈现明显的各向异性,在超材料、光催化、纳米集成光子学、光学传感及太阳能电池等领域有广泛的应用前景。比如，通过人工调控上述复合材料内金属纳米线的成分、结构及其分布，可以得到具有左手波、负折射特性的超材料，用于实现超级透镜和隐身材料。Yao等就曾报道(Optical Negative Refraction in Bulk Metamaterials of Nanowires，SCIENCE,2008,321,930-930)氧化铝/银纳米线复合薄膜内，当银纳米线直径为60nm，且中心间距为110nm时，该材料具有负折射特性。陶瓷与贵金属纳米线复合时，获得的材料可展现出新颖的表面等离子体光学特性，可用于光催化、非线性纳米光学等领域。其中，Shan等的研究(Surface Plasmon Resonance and Interference Coenhanced SERS Substrate of AAO/Al Based Ag Nanostructure Arrays,J.Phys.Chem.C,2014,118,23930-23936)表明：利用氧化铝/银纳米线复合薄膜自身的表面等离子体共振和相消干涉的原理，可以获得显著的表面增强拉曼散射效应。此外，Wurtz等(Designed Ultrafast Optical Nonlinearity in A Plasmonic Nanorod Metamaterial Enhanced by Nonlocality，Nature Nanotechnology，2011,6,107-111)通过构筑金纳米棒和氧化铝的复合材料，在690nm左右波段，实现其超快非线性光学响应。显然，基于其新颖独特的各项物理性质，上述陶瓷-金属纳米线复合薄膜将会受到越来越广泛的关注。

目前，制备陶瓷/金属纳米线复合材料均需借助模板来进行制备，具体方法包括：电化学沉积法、化学液相沉积和电子束蒸发等。公开号为CN104152958A的中国专利文献公开了一种利用模板电化学合成技术制备纳米线的方法，利用三电极体系进行控电位沉积，在氧化铝模板中完成金属纳米线的生长。公开号为CN104313687A的中国专利文献公开了一种利用化学液相沉积制备银纳米线的方法，通过添加诱导剂和还原剂，促使还原剂与银源化合物发生还原反应，并在氧化物模板的辅助下实现银纳米线的制备。然而这些方法却存在诸多不足，很大程度上限制了陶瓷/金属纳米线复合材料的进一步应用。比如，电化学法需要基底具备良好的导电特性，且存在制备工艺复杂、对环境不友好的问题；采用化学液相方法制备陶瓷/金属纳米线复合材料时，需要引入稳定剂或诱导剂，且工艺可控性差。同时，模板的使用，使得目标复合材料内金属纳米线径较大，且不适合大面积制备。综上述，探索一种适用范围广、成本低、能大面积制备且陶瓷/金属纳米线复合材料成分及其结构特征易于调控的制备方法，对于实现上述复合材料在各领域的广泛应用很有必要。

发明内容

本发明提供了一种陶瓷-金属纳米线复合薄膜及其制备方法，该制备方法绿色无污染，且成本更低，便于大面积制备。

一种陶瓷-金属纳米线复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将衬底进行预处理；

(2)分别以化合物陶瓷和金属作为靶材，在步骤(1)处理过的衬底的表面进行磁控溅射，得到所述的陶瓷-金属纳米线复合薄膜；

磁控溅射时，采用射频电源驱动陶瓷靶，采用射频、脉冲或直流电源驱动金属靶。

本发明中，通过采用磁控溅射的方法代替传统的电化学沉积法、化学液相沉积和电子束蒸发来制备陶瓷-金属纳米线复合薄膜，避免了特殊模板的使用，所使用的衬底材料的范围更广，成本更低，便于大面积制备；而且整个制备过程中，不需要添加诱导剂和还原剂，也无中间产物生成，具有绿色无污染的优点。

采用了本发明的磁控溅射的方法后，扩大了衬底材料的适用范围，所述衬底为金属、无机半导体材料或无机绝缘材料。

所述的金属包括不锈钢、金和铜中的至少一种。

所述的无机半导体材料包括硅、氧化物和氮化物中的至少一种。

所述的无机绝缘材料包括玻璃和陶瓷中的至少一种。