一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法，包括作為基底的平面ITO導(dǎo)電玻璃，化學(xué)刻蝕的ZnO納米管模板，在ZnO納米管模板中電沉積的Ag納米線。本發(fā)明首先在ITO導(dǎo)電玻璃上水浴生長ZnO納米棒；其次用NaOH溶液溶解ZnO納米棒的中心部位，形成ZnO納米管；以上述ZnO納米管為模板，采用循環(huán)伏安法在其空心結(jié)構(gòu)中電沉積Ag納米線；最后用高濃度的NaOH溶液溶解ZnO納米管模板。該方法以ZnO納米管取代常規(guī)的AAO模板，不僅可在任何形狀的導(dǎo)電基底上電沉積Ag納米線，也可通過調(diào)節(jié)ZnO納米管的孔徑和深度等參數(shù)制備尺寸和形貌可控的Pt和Cu等金屬納米陣列結(jié)構(gòu)。
【專利說明】
一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微納米制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬納米陣列結(jié)構(gòu)由于突出的電子、光學(xué)和催化性能而被廣泛應(yīng)用于生物傳感器、氣體傳感器、敏化太陽能電池、光降解器和發(fā)光二極管等微納米器件中。Ag納米線具有比表面積大、電子傳輸能力強(qiáng)，催化效率高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，等電點高等優(yōu)點，因而受到了廣泛地研究。Ag納米線陣列結(jié)構(gòu)的制備主要包括模板法、化學(xué)合成法、電化學(xué)沉積法等，其中，模板法簡單易行，易于控制Ag納米線的尺寸與形貌，目前使用較為廣泛。
[0003]常用的模板包括陽極氧化鋁(AAO)模板、納米通道玻璃和核徑跡刻蝕的聚碳酸酯薄膜。AAO模板的孔徑和深度易于調(diào)節(jié)，機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性好，常用于制備金屬納米陣列結(jié)構(gòu)。例如，Wang Lisha利用AAO模板電沉積Au納米線陣列結(jié)構(gòu)，并在其表面物理吸附葡萄糖氧化酶制備了葡萄糖傳感器。Sun Xiuyu采用AAO模板電沉積長度可控、高密度的Ag納米線陣列結(jié)構(gòu)。但是，AAO模板的制備工藝較為繁瑣，主要包括鋁基板的高溫退火、去脂、拋光、一次氧化、去除一次氧化膜、二次氧化、去除鋁基板、去除阻擋層等工序。此外，AAO模板是在平面鋁基板上制作的多孔結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用受平面結(jié)構(gòu)的限制，因此只能在平面基底上沉積金屬納米線陣列結(jié)構(gòu)。
[0004]相比AAO模板，ZnO納米管的制備工藝簡單，通常僅包括ZnO納米棒的生長及其中心部分的溶解。此外，ZnO納米管可制備在任何形狀的基底上，管狀結(jié)構(gòu)相互平行并且垂直于基底表面，密度比較高，通過調(diào)節(jié)納米棒的直徑和長度，納米管刻蝕時間、刻蝕溫度和刻蝕液濃度可有效控制納米管的孔徑、壁厚和深度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法，本發(fā)明可在任何形狀的導(dǎo)電基底(如球形、圓柱、Au螺旋線等曲面結(jié)構(gòu))上制備ZnO納米管模板，進(jìn)而沉積尺寸和形貌可控的Ag納米線。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]包括作為基底的平面ITO導(dǎo)電玻璃，在ITO導(dǎo)電玻璃上化學(xué)刻蝕的ZnO納米管模板，在ZnO納米管模板中電沉積的Ag納米線。
[0008]平面ITO導(dǎo)電玻璃的長、寬、厚分別為10mm、5mm、l.1mm，方塊電阻小于7 Ω /□，表面均方根粗糙度為2.2nm ο
[0009]化學(xué)刻蝕的ZnO納米管模板包括以下步驟:
[0010]I)用丙酮、無水乙醇和去離子水依次超聲清洗ITO導(dǎo)電玻璃，并在室溫下干燥；
[0011]2)將Zn(CH3⑶0)2.2Η20和NaOH溶于無水乙醇配制Zn2+濃度為0.5?I.5mmol/L的ZnO種子層溶液；
[0012]3)將ITO導(dǎo)電玻璃浸入步驟2)配制的ZnO種子層溶液，而后退火處理，獲得沉積有ZnO種子層的ITO導(dǎo)電玻璃；
[0013]4)將Zn(NO3)2.6H20和六次甲基四胺溶于去離子水中，攪拌并加熱，得到Zn2+濃度為60?120mmol/L的ZnO生長液；
[0014]5)將步驟3)沉積有ZnO種子層的ITO導(dǎo)電玻璃放入步驟4)配制的ZnO生長液生長2?6h，而后用去離子水超聲清洗并在室溫下干燥，得到基于ZnO納米棒的平面跨尺度結(jié)構(gòu)；
[0015]6)將NaOH溶于去離子水并加熱，獲得濃度為75?125mmol/L的NaOH溶液；
[0016]7)將步驟5)獲得的基于ZnO納米棒的平面跨尺度結(jié)構(gòu)放入步驟6)配制的NaOH溶液中保持1.0?2.5h，而后用去離子水沖洗并在室溫下干燥，得到基于ZnO納米管的平面跨尺度結(jié)構(gòu)。
[0017]在ZnO納米管模板中電沉積Ag納米線包括以下步驟:
[0018]I)將AgNO3溶于去離子水，得到濃度為5?20mmol/L的AgNO3溶液；
[0019]2)以基于ZnO納米管的平面跨尺度結(jié)構(gòu)為工作電極，Ag/AgCl參比電極，Pt絲輔助電極，步驟I)配制的AgNO3溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法在ZnO納米管的空心結(jié)構(gòu)中電沉積Ag納米線，其中電位掃描范圍O?-0.6V，掃描速率10mV/s，掃描20?50圈；
[0020]3)將NaOH溶于去離子水，得到濃度為I?2mo I /L的NaOH溶液；
[0021]將步驟2)獲得的跨尺度結(jié)構(gòu)浸入步驟3)配制的NaOH溶液，室溫下溶解ZnO納米管模板，并用去離子水沖洗、室溫下干燥，得到基于Ag納米線的平面跨尺度結(jié)構(gòu)。
[0022]本發(fā)明采用ZnO納米管模板取代AAO模板制備Ag納米線，其顯著特點包括以下兩方面:
[0023]a)采用ZnO納米管作為電沉積Ag納米線的模板，有效地減少了模板的制備工序，降低了制備成本；
[0024]b)ZnO納米管可以制作在任何形狀的基底上，因此采用ZnO納米管作為電沉積Ag納米線的模板，不僅可在平面導(dǎo)電基底上沉積Ag納米線，而且可在球形、圓柱、Au螺旋線等導(dǎo)電的曲面結(jié)構(gòu)上沉積Ag納米線。
[0025]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明是一種以ZnO納米管取代常規(guī)的AAO模板制備Ag納米線的方法，將ZnO納米棒水浴生長在ITO導(dǎo)電玻璃表面并刻蝕成ZnO納米管，以ZnO納米管取代AAO模板電沉積Ag納米線陣列結(jié)構(gòu)，有效地簡化了模板法沉積Ag納米線的工藝、降低了制備成本，并且可在除平面結(jié)構(gòu)的ITO導(dǎo)電玻璃以外的曲面結(jié)構(gòu)(如球形、圓柱、Au螺旋線等曲面結(jié)構(gòu))表面沉積Ag納米線，有效擴(kuò)展了Ag納米線陣列結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。通過調(diào)節(jié)ZnO納米棒的合成參數(shù)和ZnO納米管的刻蝕參數(shù)獲得不同孔徑、壁厚和深度的ZnO納米管模板，從而有效控制Ag納米線的密度、直徑等重要幾何參數(shù)。
[0026]該方法以ZnO納米管模板取代常規(guī)的AAO模板，不僅可在任何形狀的導(dǎo)電基底上電沉積Ag納米線，也可沉積尺寸和形貌可控的Pt和Cu等金屬納米陣列結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明平面ITO導(dǎo)電玻璃基底的示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明在ITO導(dǎo)電玻璃基底上生長ZnO納米棒的示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明化學(xué)刻蝕ZnO納米棒形成ZnO納米管模板的示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明在ZnO納米管模板的空心結(jié)構(gòu)中電沉積Ag納米線的示意圖；
[0031]圖5是本發(fā)明溶解ZnO納米管模板后形成基于Ag納米線的平面跨尺度結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0032]I.ITO導(dǎo)電玻璃，2、ZnO納米棒，3、ZnO納米管，4、Ag納米線。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖及實施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0034]如圖4，本發(fā)明包括作為基底的平面ITO導(dǎo)電玻璃I，化學(xué)刻蝕的ZnO納米管3，在ZnO納米管模板中電沉積的Ag納米線4。
[0035]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，
[0036]上述基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法包括以下步驟:
[0037]I)切割長、寬、厚分別為10mm、5mm、1.1mm的ITO導(dǎo)電玻璃I，用丙酮、無水乙醇和去離子水依次超聲清洗，并在室溫下干燥，如圖1所示；
[0038]2)將ll.0mg Zn(CH3COO)2.2H20和4mg NaOH溶于500mL無水乙醇，并在65°C下保持30min，得到Zn2+濃度為0.5mmol/L的ZnO種子層溶液；
[0039]3)將ITO導(dǎo)電玻璃浸入步驟2)配制的ZnO種子層溶液lmin，而后于120°C退火處理lOmin，以上浸入和退火步驟重復(fù)3次，獲得沉積有ZnO種子層的ITO導(dǎo)電玻璃；
[0040]4)將2.671g Zn(NO3)2.6H20和1.26g六次甲基四胺溶于10mL去離子水，以1500r/min轉(zhuǎn)速攪拌并加熱至90°C，得到Zn2+濃度為90mmol/L的ZnO生長液；
[0041]5)將步驟3)沉積有ZnO種子層的ITO導(dǎo)電玻璃置于步驟4)配制的ZnO生長液中，并于90 V生長4h，而后用去離子水超聲清洗并在室溫下干燥，得到基于ZnO納米棒的平面跨尺度結(jié)構(gòu)，如圖2所示；
[0042]6)將0.5g NaOH溶于10mL去離子水，加熱至65°C，得到濃度為125mmol/L的NaOH溶液；
[0043]7)將步驟5)制備的基于ZnO納米棒的平面跨尺度結(jié)構(gòu)放入步驟6)配制的NaOH溶液中1.5h，而后用去離子水沖洗并在室溫下干燥，得到基于ZnO納米管的平面跨尺度結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
[0044]8)將0.1699g AgNO3溶于10mL去離子水，得到濃度為10mmol/L的AgNO3溶液；
[0045]9)以基于ZnO納米管的平面跨尺度結(jié)構(gòu)為工作電極，Ag/AgCl參比電極，Pt絲輔助電極，步驟8)配制的AgNO3溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法在ZnO納米管的空心結(jié)構(gòu)中電沉積Ag納米線，其中電位掃描范圍為O?-0.6V，掃描速率I OmV/s，掃描20圈，如圖4所示；
[0046]10)將4g NaOH溶于10mL去離子水，得到濃度為lmol/L的NaOH溶液；
[0047]將步驟9)獲得的跨尺度結(jié)構(gòu)浸入步驟10)配制的NaOH溶液中，室溫下溶解ZnO納米管模板，而后用去離子水沖洗、室溫下干燥，得到基于Ag納米線的平面跨尺度結(jié)構(gòu)，如圖5所不O
【主權(quán)項】
1.一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法，包括作為基底的平面ITO導(dǎo)電玻璃，其特征在于，在ITO導(dǎo)電玻璃上化學(xué)刻蝕的ZnO納米管模板，在ZnO納米管模板中電沉積的Ag納米線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法，其特征在于，平面ITO導(dǎo)電玻璃的長、寬、厚分別為10mm、5mm、l.1mm，方塊電阻小于7 Ω /□，表面均方根粗糙度為2.2nm03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法，其特征在于，化學(xué)刻蝕的ZnO納米管模板包括以下步驟: I)用丙酮、無水乙醇和去離子水依次超聲清洗ITO導(dǎo)電玻璃，并在室溫下干燥； 2M^Zn(CH3COO)2.2H20和NaOH溶于無水乙醇配制Zn2+濃度為0.5?1.5mmol/L的ZnO種子層溶液； 3)將ITO導(dǎo)電玻璃浸入步驟2)配制的ZnO種子層溶液，而后退火處理，獲得沉積有ZnO種子層的ITO導(dǎo)電玻璃； 4)將Zn(NO3)2.6H20和六次甲基四胺溶于去離子水中，攪拌并加熱，得到Zn2+濃度為60?120mmol/L的ZnO生長液； 5)將步驟3)沉積有ZnO種子層的ITO導(dǎo)電玻璃放入步驟4)配制的ZnO生長液生長2?6h，而后用去離子水超聲清洗并在室溫下干燥，得到基于ZnO納米棒的平面跨尺度結(jié)構(gòu)； 6)將NaOH溶于去離子水并加熱，獲得濃度為75?125mmol/L的NaOH溶液； 7)將步驟5)獲得的基于ZnO納米棒的平面跨尺度結(jié)構(gòu)放入步驟6)配制的NaOH溶液中保持1.0?2.5h，而后用去離子水沖洗并在室溫下干燥，得到基于ZnO納米管的平面跨尺度結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZnO納米管模板制備Ag納米線的方法，其特征在于，在ZnO納米管模板中電沉積Ag納米線包括以下步驟: 1)將AgNO3溶于去離子水，得到濃度為5?20mmol/L的AgNO3溶液； 2)以基于ZnO納米管的平面跨尺度結(jié)構(gòu)為工作電極，Ag/AgCl參比電極，Pt絲輔助電極，步驟I)配制的AgNO3溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法在ZnO納米管的空心結(jié)構(gòu)中電沉積Ag納米線，其中電位掃描范圍O?-0.6V，掃描速率10mV/s，掃描20?50圈； 3)將NaOH溶于去離子水，得到濃度為I?2mol/L的NaOH溶液； 將步驟2)獲得的跨尺度結(jié)構(gòu)浸入步驟3)配制的NaOH溶液，室溫下溶解ZnO納米管模板，并用去離子水沖洗、室溫下干燥，得到基于Ag納米線的平面跨尺度結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】B82Y40/00GK106082120SQ201610541957
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】景蔚萱, 周帆, 吳瓊, 崔奇兵, 蔣莊德, 高偉卓, 徐志鵬
【申請人】西安交通大學(xué)