[发明专利]一种单晶铜纳米线的制备方法

说明书

本发明公开了一种单晶铜纳米线的制备方法，是一种基于二元共晶合金系制备单晶金属铜纳米线的方法，采用定向生长结合选择性腐蚀技术，以二元共晶合金为基础，通过定生长技术制备具有铜纤维相的共晶合金，然后根据共晶体组成相的电极电位差异性，在合适的溶液中腐蚀去除基体相，从而获得单晶铜纳米线。本发明的制备过程简单可控，铜纳米线的形貌和分布可根据生长速率以及腐蚀时间调控，纳米线的尺寸控制精度高。制备出的单晶铜纳米线可以作为柔性电极中的柔性基体材料。采用定向生长结合选择性腐蚀的方法为制备单晶铜纳米线提供了新的方法。

技术领域

本发明属于一种微纳米材料的制备方法，是一种单晶铜纳米线的制备工艺方法，属于微纳米金属材料的制备领域。

背景技术

金属纳米线具有优异的电学、机械性能，其在柔性器件的弯曲和灵敏度方面有优势，被广泛的应用于柔性传感器。铜纳米线的制备方法有模板法、液相还原法以及水热法。模板法制备的铜纳米线受制于模板孔径的限制，难以获得高长径比铜纳米线。水热法相对于模板法而言，生成的铜纳米线纯度较低，反应过程可重复性差，液相还原法制备铜纳米线的生长周期较水热法长。液相还原法和水热法通常制备的是多晶纳米线结构，难以制备出单晶纳米线。

定向生长结合选择性腐蚀银铜共晶合金可制备出单晶铜纳米线。通过定向生长控制纤维的分布和形貌，在合适的腐蚀溶液中可选择性腐蚀去除基体相，获得不同长度、直径的单晶铜纳米线，纳米线的结构形貌可控性高。

发明内容

本发明的目的是提供一种将定向生长和选择性腐蚀相结合制备单晶铜纳米线的方法。本发明制备成本低，制备的铜纳米线长度和线径可控，制备工艺路线如附图1所示。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明将定向生长结合选择性腐蚀方法结合制备单晶铜纳米线，制备实验流程图如图1所示，主要包括以下顺序步骤：

步骤1：选择二元银铜共晶合金，将高纯银和铜颗粒按照共晶相成分配比，在电磁感应熔炼炉中熔炼成母合金。

步骤2：将母合金切割成棒状的试样，用水磨砂纸将其表面打磨光洁。然后将棒状试样放置在定向生长炉中，加热温度高于银铜共晶合金熔点100℃左右，然后在不同的生长速率下获得不同结构和形貌的纤维铜相合金。

步骤3：将抽拉后的试样切片、镶样，试样表面打磨至镜面效果。采用电化学腐蚀的方法去除基体材料，获得不同纤维直径和长度的单晶铜纳米线。

进一步的，步骤1中银颗粒和铜颗粒按照原子百分比60.1 at.%Ag，39.9at.%Cu的比例混合。

进一步的，步骤1中熔炼次数至少3次。

进一步的，步骤2中的加热温度为870℃，加热时间为45min。

进一步的，步骤2中生长速率为38μm/s。

进一步的，步骤3中采用电化学腐蚀的方法具体为采用三电极电解腐蚀，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极作为辅助电极，工作电极为Ag-Cu共晶合金，腐蚀电位为0.7V，腐蚀溶液为0.1M硼酸盐缓冲液，腐蚀时间为2h、12h、24h。

上述所采用的纤维相共晶合金为二元Ag-Cu共晶合金，基于单质元素的动电位极化曲线和电位-pH图确定最佳腐蚀电位和腐蚀剂，采用的腐蚀方式为恒电位电解选择性腐蚀。

有益效果：

本发明提出的一种基于纤维状共晶合金制备单晶金属铜纳米线的方法，采用的是基于定向生长和选择性腐蚀相结合的技术，通过定向生长控制纤维性的分布和大小；由于纤维相和基体相电解电位差异性，在合适的溶液中可选择性腐蚀去除基体相，获得不同长度、直径的单晶铜纳米线。