[发明专利]金属纳米线定向生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备平行有序一维纳米材料技术领域，特别是涉及金属纳米线定向生长方法。

背景技术

一维纳米材料已经被广泛应用在当今社会的许多领域，比如探测、传感、透明导电电极、芯片等。不管是在科学研究还是实际应用中，对于纳米材料已经不仅仅是要求制备出尺度在1-100nm的材料，而是如何能控制它们的形貌、分布、复合结构以及将其与其它结构或系统很好的整合等。对于一维纳米材料而言，方向、密度、分布等对其性能影响直至应用至关重要。所以寻找能控制纳米线方向、密度和分布的合成方法势在必行。几十年来，人们为了这个目标做了许多努力，有多种控制一维材料生长的方法被研制出来，大致可以分为“自上而下”和“自下而上”两类。前者主要是利用光刻蚀和离子刻蚀等把母版加工成想要的纳米形貌。这种方法，特别是离子刻蚀，由于其高精准性，取得了巨大的成功，直到今天仍然被应用在芯片制造技术上。但是其局限性也较大，工艺复杂、造价较高、制备过程比较缓慢等。其次，自上而下刻蚀不能制备出复杂的纳米结构，而且制备出来的纳米结构也受限于母版材料。这些问题制约了“自上而下”技术的进一步发展。最近，随着纳米技术的进步，“自下而上”的技术有望突破这一技术瓶颈。它主要是指从原子或者分子的层面制备成想要的纳米结构，可以快速、方便的制备出具有复合元素组分和复杂结构的一维纳米材料。从具体的方法来看，“自下而上”技术又可以分为先生长后排列法和原位生长法。其中前者主要是指先生长出想要的一维纳米材料，然后利用各种方法，将这些一维纳米材料排列成有序的阵列，并转移到需要的基底上如机械力的压力法、液体流动法、Langmuir-Blodgett技术、吹泡法、蒸发诱导法、电场诱导法、磁场诱导法等。这些方法取得了很大的成功，丰富了一维材料的种类，在很多领域如透明导电膜和SERS都有较好的应用。但是，先生长再排列这一方法，也有局限性。首先制备出一维材料再转移，操作复杂造价高。其次在制备好一维纳米材料然后转移到目标基底的过程中，往往没有一个有效的方法来控制纳米材料的空间分布和密度，这对于更加精准的应用一维纳米材料是非常不利的。而“自下而上”技术中的原位生长法，有望解决这个问题。这一方法是指在直接生长出想要的一维纳米材料，包括朝向(有序排列)、元素组分、复合结构等。此方法可以有效的控制一维纳米材料的方向、密度、分布等。目前已经被开发出的方法包括：晶种限制生长法、半导体控制生长方向法、蓝宝石表面生长法、模板法等。目前已有的原位生长法，是解决一维纳米材料方向、密度、分布等参数的有效途径。然而，这些方法种类还不够丰富，有其局限性，比如大多数原位生长法是用来合成半导体纳米线，需要特殊的基底或模板等。为了更好的利用一维纳米材料，研发新的原位生长方法很有必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种金属纳米线定向生长方法。

本发明的技术方案如下：一种金属纳米线定向生长方法，S1在室温室压下将可以置换出Ag的金属或金属氧化物作为还原剂，在AgNO₃溶液中将Ag⁺还原在弯曲的衬底上，在衬底上生成平行有序定向Ag纳米线阵列；

S2将负载有Ag纳米线的衬底用去离子水清洗后在真空箱内干燥。

优选地，在AgNO₃溶液中将步骤S1中负载了平行有序定向Ag纳米线阵列的衬底旋转60～120度后，利用还原剂进行二次生长，二次生长后得到Ag纳米线规则排列的网状结构。

优选地，衬底在进行生长Ag纳米线阵列前利用乙醇和去离子水清洗后自然干燥。

优选地，AgNO₃溶液的浓度为0.5～10mM,置换反应时间为10min～3h。

优选地，衬底的曲率半径为1cm～∞。

优选地，步骤S2中负载Ag纳米的塑料衬底在真空箱内干燥时间为2～6h。

优选地，所述还原剂为含Cu₂O微米颗粒的乙醇溶液，其密度为0.2mg/ml～10mg/ml。

优选地，所述还原剂为含Zn微米颗粒的乙醇溶液，其密度为0.2mg/ml～10mg/ml。

优选地，所述衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚苯乙烯衬底或玻璃衬底。

本发明的有益效果是：

1、本发明是在弯曲的衬底上直接生长定向有序的Ag纳米线阵列及其网状阵列的方法，此方法操作简单、制备过程在室温下完成，不需要高温高压，不产生有毒物质。需要的材料简单，不需要对生长基底进行预处理。可以简单有效控制生长Ag纳米线方向、密度、分布等。