本發(fā)明涉及柔性電子材料領域，更具體的，涉及一種柔性納米線叢結構及其制備方法。

背景技術：

各種柔性傳感探測功能材料由于良好的集成性能，正被廣泛應用于制備各種可穿戴設備，為人類開啟一種方便、舒適和安全的生活方式，例如谷歌眼鏡（s.feng，etal.acsnano.8,3069，2014）和表皮電子系統(tǒng)（d.h.kim，etal.science.333,838，2011）等。但是，很多柔性探測材料由于材料的探測傳感性能一般來說對樣品結構非常敏感，導致樣品的性能在被彎曲或者被拉伸等形變狀態(tài)下難以得到保障。因此，開發(fā)一種在形變狀態(tài)下保持性能穩(wěn)定的柔性傳感探測材料將大大促進該領域的發(fā)展，也將催生更多具備卓越性能的可穿戴設備。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術所述的至少一種缺陷（不足），提供一種柔性納米線叢結構，進一步的，本發(fā)明還提供一種柔性納米線叢制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：

一種柔性納米線叢結構，包括柔性基底，所述柔性基底上固定有陽極氧化鋁模板；所屬陽極氧化鋁模板上濺射有柔性金屬納米線叢，所述納米線叢由很多納米線堆疊而成，所述納米線直徑為20-40nm之間，呈叢簇狀分布；所述基底為聚二甲基硅氧烷。

進一步的，所述納米線叢在遇到水分時能夠改變顏色。

進一步的，所述納米線叢在干燥的空氣中呈灰白色，遇到水分則變成亮黃色。

本發(fā)明還提供一種柔性納米線叢的制備方法，包括以下步驟：

（1）鋁片清洗：采用丙酮浸泡鋁片5-15min，然后用濃度為0.5-1.5mol/l的氫氧化鈉溶液浸泡鋁片5-15min，最后用酒精浸泡鋁片5-15min；

（2）鋁片拋光：將酒精浸泡之后的鋁片放入高氯酸和酒精體積比為0.15-0.35之間溶液，利用10-30v的電壓，電化學拋光2-6min，鋁片接陽極，鉑片做陰極，拋光溫度為0-4℃；

（3）鋁片第一次氧化：將拋光之后的鋁片放入電解池，電解液采用0.1-0.3mol/l的草酸溶液，生長電壓為30-50v，鋁片連接陽極，鉑片做陰極，氧化時間2-8小時，反應溫度為4-8℃；

（4）鋁片刻蝕：將第一次氧化之后的鋁片放入鉻酸、磷酸和蒸餾水的混合溶液，保持在45-75℃溫度，保持60-90min；

（5）鋁片第二次氧化：將刻蝕之后鋁片放入電解池，電解液采用質量分數(shù)為10%的磷酸溶液，生長電壓為40v，持續(xù)3min后把電壓迅速調大至80v，再保持約2.5小時；鋁片連接陽極，鉑片做陰極，氧化溫度為20℃左右，得到一種不規(guī)整的陽極氧化鋁模板；

（6）濺射金屬薄膜：利用濺射儀，選用金屬靶材，將陽極氧化鋁模板放在靶材下方，利用5-100ma的濺射電流，濺射時間為50-100s，在陽極氧化鋁模板上形成金屬納米線叢；

（7）轉換柔性基底：用0.5-1mol/l的cucl2溶液將陽極氧化鋁模板原來的鋁基底腐蝕掉，把配好的聚二甲基硅氧烷滴在陽極氧化鋁模板的背面，形成“金屬納米線-不規(guī)整的陽極氧化鋁-聚二甲基硅氧烷”三層結構的樣品，把該樣品放進真空灌里，用機械泵抽氣40-60min，然后將樣品轉移進烤箱，在60-80℃的環(huán)境下烘200-300min。

進一步的，步驟（1）所用的鋁片，厚度大于1mm。

進一步的，步驟（4）所用的混合溶液中，鉻酸質量分數(shù)為1-3%，磷酸質量分數(shù)為4-8%。

進一步的，步驟（5）鋁片二次氧化時，陽極氧化鋁的孔壁被腐蝕至即將要破碎，得到的多孔氧化鋁模板的孔壁存有殘缺。

進一步的，步驟（6）所選用的金屬可以是銀或金。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術方案的有益效果是：

(1)通過在陽極氧化鋁模板上濺射金屬就可以得到的直徑均勻的納米線叢結構，該方法具有制備簡單、成本低、制備環(huán)境友好、樣品面積大等優(yōu)勢；

(2)所得柔性金屬納米線叢結構可以很容易地制備成可穿戴設備，同時由于其性質，當表面介質改變時，納米線對光會有不同的響應特性，因此可以用以制備可穿戴的光學濕度傳感器件。

附圖說明

圖1為特殊的不規(guī)整aao模板的生長示意圖及各階段對應的掃描電鏡圖，首先是普通的aao模板，過渡氧化使之發(fā)生不規(guī)整的腐蝕，變成特殊的aao模板，濺射銀后出現(xiàn)納米線叢。

圖2為銀納米線的直徑及長度統(tǒng)計分布圖，納米線的直接主要集中在20-40nm，長度則分散在200-2000nm。

圖3為一納米線叢的截面掃描電鏡圖，不規(guī)整aao模板的厚度約為9μm，銀納米線叢的厚度約為400nm。

圖4為柔性銀納米線叢的制備流程示意圖及樣品照片。主要是用cucl2溶液將銀納米線叢的鋁基底腐蝕掉，替換上柔性良好的pdms作為基底。

圖5為柔性銀納米線叢制備濕度傳感手環(huán)的展示。圖5a為戴上手環(huán)跑步前及圖5b跑步出汗后的照片，跑步前，手環(huán)樣品區(qū)為銀白色，出汗后為亮黃色。

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的；相同或相似的標號對應相同或相似的部件；附圖中描述位置關系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的說明。

實施例1

一種柔性納米線叢結構，其特征在于：包括柔性基底，所述柔性基底上固定有陽極氧化鋁模板；所屬陽極氧化鋁模板（aao）上濺射有柔性金屬納米線叢，所述納米線叢由很多納米線堆疊而成，所述納米線直徑為20-40nm之間，呈叢簇狀分布；所述基底為聚二甲基硅氧烷(pdms)；所述納米線叢在干燥的空氣中呈灰白色，遇到水分則變成亮黃色。

實施例2

將厚度為0.2cm的鋁箔先后放入丙酮、1.5mol/l的氫氧化鈉溶液以及酒精溶液各浸泡清洗15min；將酒精浸泡之后的鋁片放入高氯酸和酒精體積比為0.3溶液，利用20v的電壓，電化學拋光6min，鋁片接陽極，鉑片做陰極，拋光溫度為0℃。

拋光之后的鋁片進行第一次陽極氧化，電解液采用0.3mol/l的草酸溶液，生長電壓為45v，鋁片連接陽極，鉑片做陰極，氧化時間4-8小時，反應溫度為4℃。第一次氧化之后鋁片放入鉻酸、磷酸和蒸餾水的混合溶液（鉻酸質量分數(shù)為1.8%，磷酸質量分數(shù)為6%），保持在60℃溫度60min，除去第一次氧化生產(chǎn)的氧化鋁。然后將刻蝕之后鋁片放入電解池，電解液采用質量分數(shù)為10%的磷酸溶液，生長電壓為40v，持續(xù)3min后把電壓迅速調大至80v，再保持約2.5小時。鋁片連接陽極，鉑片做陰極，氧化溫度為15℃左右。生成表面發(fā)生不規(guī)整腐蝕，殘留一些尖端的特殊陽極氧化鋁模板。

將反應后的氧化鋁模板放入濺射儀，選用ag作為濺射靶材，采用60ma的濺射電流，濺射60s，從而便可形成銀納米線叢結構。圖1為該特殊陽極氧化鋁模板生長過程示意圖及各階段樣品掃描電鏡圖，圖2為銀納米線的直徑及長度統(tǒng)計分布圖，圖3為樣品截面掃描電鏡圖?？梢钥吹?，銀納米線的長度分散在200-2000nm，而直徑主要集中在20-40nm，相對來說比較均一。aao模板的厚度約為9μm，銀納米線叢的厚度約為400nm。

實施例3

將厚度為0.2cm的鋁箔先后放入丙酮、1.5mol/l的氫氧化鈉溶液以及酒精溶液各浸泡清洗15min；將酒精浸泡之后的鋁片放入高氯酸和酒精體積比為0.3溶液，利用20v的電壓，電化學拋光6min，鋁片接陽極，鉑片做陰極，拋光溫度為0℃。

拋光之后的鋁片進行第一次陽極氧化，電解液采用0.3mol/l的草酸溶液，生長電壓為45v，鋁片連接陽極，鉑片做陰極，氧化時間4-8小時，反應溫度為4℃。第一次氧化之后鋁片放入鉻酸、磷酸和蒸餾水的混合溶液（鉻酸質量分數(shù)為1.8%，磷酸質量分數(shù)為6%），保持在60℃溫度60min，除去第一次氧化生產(chǎn)的氧化鋁。然后將刻蝕之后鋁片放入電解池，電解液采用質量分數(shù)為10%的磷酸溶液，生長電壓為40v，持續(xù)3min后把電壓迅速調大至80v，再保持約2.5小時。鋁片連接陽極，鉑片做陰極，氧化溫度為15℃左右。生成表面發(fā)生不規(guī)整腐蝕，殘留一些尖端的特殊陽極氧化鋁模板。

將反應后的氧化鋁模板放入濺射儀，選用ag作為濺射靶材，采用60ma的濺射電流，濺射60s，從而便可形成銀納米線叢結構。然后用0.5-1mol/l的cucl2溶液將aao模板原來的鋁基底腐蝕掉，把配好的pdms滴在aao模板的背面，把樣品放進真空灌里，用機械泵抽氣40-60min，再將樣品放進烤箱，在60-80℃的環(huán)境下烘200-300min。經(jīng)過上述步驟便可得到柔性銀納米線叢結構。圖4為柔性銀納米線叢的制備流程示意圖及樣品照片。圖5為將柔性銀納米線叢結構應用與濕度傳感手環(huán)的展示，可以通過肉眼直接觀察顏色變化監(jiān)察樣品表面濕度。

實施例4

將厚度為0.2cm的鋁箔先后放入丙酮、1.5mol/l的氫氧化鈉溶液以及酒精溶液各浸泡清洗15min；將酒精浸泡之后的鋁片放入高氯酸和酒精體積比為0.3溶液，利用20v的電壓，電化學拋光6min，鋁片接陽極，鉑片做陰極，拋光溫度為0℃。

拋光之后的鋁片進行第一次陽極氧化，電解液采用0.3mol/l的草酸溶液，生長電壓為45v，鋁片連接陽極，鉑片做陰極，氧化時間4-8小時，反應溫度為4℃。第一次氧化之后鋁片放入鉻酸、磷酸和蒸餾水的混合溶液（鉻酸質量分數(shù)為1.8%，磷酸質量分數(shù)為6%），保持在60℃溫度60min，除去第一次氧化生產(chǎn)的氧化鋁。然后將刻蝕之后鋁片放入電解池，電解液采用質量分數(shù)為10%的磷酸溶液，生長電壓為40v，持續(xù)3min后把電壓迅速調大至80v，再保持約2.5小時。鋁片連接陽極，鉑片做陰極，氧化溫度為15℃左右。生成表面發(fā)生不規(guī)整腐蝕，殘留一些尖端的特殊陽極氧化鋁模板。將反應后的氧化鋁模板放入濺射儀，選用不同的金屬靶材，均采用60ma的濺射電流，濺射60s，可以得到不同金屬納米線叢結構。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。