專利名稱：一種制備純銀單晶納米線的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備純銀單晶納米線的方法及裝置。
背景技術(shù)：
關(guān)于銀納米線(silver nanowire)的制備目前已有多篇文獻(xiàn)報道，但歸納起來其銀納米線多是采用模板法以及在液體環(huán)境下利用銀離子溶液電沉積的方法制備出來的[見文獻(xiàn)B.H.Hong，S.C.Bae，C.W.Lee，and et al.，Science，294(2001)348-351；P.K.Mukherjeeand D.Chakravorty，J.Mater.Res.，17(2002)3127-3132；J.Zhang，X.Wang，X.Peng，andet al.，Applied Physics A，75(2002)485-488；G.J.Chi，S.W.Yao，J.Fan and et al.，Acta Physico-Chimica Sinica，18(2002)532-535；M.Barbic，J.J.Mock，D.R.Smith andet al.，J.Appl.Phys.，91(2002)9341-9345；J.J.Zhu，Q.F.Qiu，H.Wang and et al.，Inorganic chemi stry communications，5(2002)242-244；S.Bhattachryya，S.K.Saha，D.Chakravorty，Appl.Phys.Lett.，77(2000)3770-3772；Y.Zhou，S.H.Yu，X.P.Cui andet al.，Chemistry of Materials，11(1999)545-549]。利用這些方法制備的銀納米線的尺度和形狀要么由模板的尺度和形狀決定，要么在液體環(huán)境下不易得到控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種銀單晶納米線的全新制備方法，用這種方法可以在全固態(tài)環(huán)境且無任何模板的條件下，在常溫、常壓和大氣中，通過改變銀離子導(dǎo)電薄膜的外加電場強(qiáng)度和作用時間制備出具有不同長度和直徑的銀單晶納米線。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的純銀單晶納米線的制備方法，該方法包括如下步驟一種制備純銀單晶納米線的裝置，其特征在于該裝置包括直流電源，基片及沉積在其上的銀離子導(dǎo)電膜，金屬陽極和金屬陰極，所述的金屬陽極和金屬陰極為沉積在基片兩端的金屬Ag膜。
一種純銀單晶納米線的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)將銀離子導(dǎo)電膜沉積在基片上；(2)然后在基片的兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，并使其分別與直流電源的負(fù)極和正極相連接；或是先在基片的兩端沉積Ag膜作為陰極和陽極，然后再在其上面沉積銀離子導(dǎo)電膜，使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負(fù)極和正極相連接。
(3)在兩極間施加外加直流電場，電場強(qiáng)度為100～500伏特/米之間。
發(fā)明所采用的基片為單晶氯化鈉(NaCl)。
本發(fā)明提供了一種全新的銀單晶納米線的制備方法，用這種方法可以在全固態(tài)環(huán)境且無任何模板的條件下，在常溫、常壓和大氣中，通過改變銀離子導(dǎo)電薄膜的外加電場強(qiáng)度和作用時間制備出具有不同長度和直徑的銀單晶納米線，它可以使制備的銀納米線的長度達(dá)幾百微米以上，且生長的方向是由直流電場方向控制的。該方法操作簡單，單晶納米線的尺寸易于控制。本發(fā)明所制備的單晶銀納米線可作為導(dǎo)線或器件應(yīng)用于納米尺度的電子學(xué)及光電子學(xué)領(lǐng)域中。


圖1a、圖1b是本發(fā)明的實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是納米線的掃描電鏡能量散射譜-EDS的分析結(jié)果，它表明納米線只含有Ag元素。
圖3是單根納米線圖像及其透射電子顯微鏡的選區(qū)衍射圖樣，圖中標(biāo)尺長度為100納米。
圖4是NaCl基片上在Ag陰極附近長出的銀納米線掃描電子顯微鏡圖像，大圖中標(biāo)尺長度為200微米，插圖是單根納米線的掃描電子顯微鏡圖像，插圖標(biāo)尺為200納米。
圖5是NaCl基片上在Ag陰極附近長出的銀納米線掃描電子顯微鏡圖像，標(biāo)尺長度為20微米。
具體實施例方式
如圖1a、1b所示，這種實驗裝置可以有兩種排列方式，其效果是一樣的。它包括NaCl基片1，金屬陽極(Ag膜)2，銀離子導(dǎo)電膜3，金屬陰極(Ag膜)4，直流電源5。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明提供的銀單晶納米線的制備方法及其機(jī)理將銀離子導(dǎo)電膜MIxMII1-xAg4I5(MI和MII為K，Rb，Cs，x＝0～1)沉積在NaCl單晶基片上，膜厚在100～200納米之間，然后在其兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，并使其分別與直流電源的負(fù)極和正極相連接(如圖1a所示)，或是先在NaCl單晶基片上沉積Ag膜作為陰極和陽極，然后在其上面沉積銀離子導(dǎo)電膜MIxMII1-xAg4I5(MI和MII為K，Rb，Cs，x＝0～1)，同樣使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負(fù)極和正極相連接(如圖1b所示)。這樣，在外電場作用下，陽極Ag膜中的Ag原子會失去電子變成Ag+離子，并且它會通過離子導(dǎo)電膜向陰極移動，在陰極Ag+離子會得到電子還原成Ag原子并在陰極表面形成晶核，進(jìn)而隨后而至的Ag+離子會在核上不斷堆積且漸漸長大。由于最先長大的銀晶粒在陰極表面會聚集大量電荷，更易吸引Ag+離子向其頂端靠攏，導(dǎo)致其頂端生長優(yōu)勢的存在，促進(jìn)銀納米線的形成。實驗表明兩極之間的電場越強(qiáng)，納米線的直徑越大，電場作用的時間越長，納米線的長度越長。
為得到各種不同長度和直徑的單晶銀納米線，在兩極間施加外加直流電場，電場強(qiáng)度應(yīng)控制在100～500伏特/米之間。
關(guān)于銀離子導(dǎo)電膜及其制備方法，本發(fā)明人在以下的文獻(xiàn)中已詳細(xì)公開“V.K.Miloslavsky，O.N.Yunakova andJ.L.Sun.Exciton spectrum in superionic RbAg4I5conductor，F(xiàn)unct.Mater.1994，1，51-55”；“В.К.Милославский иЦ.Л.Сунъ.Оптическии спектр и зкситоны всуперионном проводнике КAg4I5，Функц.Матер.1995，2，438-440”；“J.L.Sun，G.Y.Tian，Y.Cao and et al..Phase transition and temperaturedependence of the A1 low-frequency exciton band parameters in quaternary compoundRb0.5Cs0.5Ag4I5thin films，Chin.Phys.Lett.，2002，19，1326-1328”。
另外，本發(fā)明人曾在申請?zhí)枮?2121109.4，名稱為“一種固體電介質(zhì)晶體材料及其晶體薄膜的制備方法”同樣對銀離子導(dǎo)電薄膜的制備方法進(jìn)行了說明。
實施例1我們先在新解理的NaCl單晶基片上沉積Ag膜作為陰極和陽極，然后在其上面沉積100納米厚的RbAg4I5薄膜，并使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負(fù)極和正極相連接(如圖1b所示)。
取外加電場強(qiáng)度為200伏特/米，生長時間1小時，得到銀單晶納米線長數(shù)百微米，直徑幾十納米(圖4)。
實施例2我們先在新解理的NaCl單晶基片上沉積Ag膜作為陰極和陽極，然后在其上面沉積200納米厚的K0.5Rb0.5Ag4I5薄膜，并使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負(fù)極和正極相連接(如圖1a所示)取外加電場強(qiáng)度為500伏特/米，生長時間10分鐘，得到銀納米線長數(shù)十微米，直徑幾百納米(圖5)。
為準(zhǔn)確判斷得到的納米線中所含化學(xué)元素，我們對其做了掃描電鏡的能量散射譜-EDS的分析(圖2)，結(jié)果表明納米線中只含有銀元素。此外透射電子顯微鏡的選區(qū)衍射圖樣(圖3)表明所得納米線具有單晶結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種制備純銀單晶納米線的裝置，其特征在于該裝置包括直流電源，基片及沉積在其上的銀離子導(dǎo)電膜，金屬陽極和金屬陰極，所述的金屬陽極和金屬陰極為沉積在基片兩端的金屬Ag膜。
2.采用如權(quán)利要求1所述裝置的一種純銀單晶納米線的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)將銀離子導(dǎo)電膜沉積在基片上；(2)然后在基片的兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，并使其分別與直流電源的負(fù)極和正極相連接；或是先在基片的兩端沉積Ag膜作為陰極和陽極，然后再在其上面沉積銀離子導(dǎo)電膜，使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負(fù)極和正極相連接。(3)在兩極間施加外加直流電場，電場強(qiáng)度在100～500伏特/米之間。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的基片采用單晶氯化鈉。
全文摘要
一種制備純銀單晶納米線的方法及裝置，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種全新的銀單晶納米線的制備方法，它是在全固態(tài)環(huán)境且無任何模板的條件下，在常溫、常壓和大氣氣氛中，通過改變銀離子導(dǎo)電薄膜M
文檔編號C30B29/62GK1522951SQ0310487
公開日2004年8月25日 申請日期2003年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者孫家林, 劉偉, 田廣彥, 郭繼華, 孫紅三 申請人:清華大學(xué)