專利名稱：面積為平方厘米量級(jí)的單晶銀納米線陣列制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面積為平方厘米量級(jí)的單晶銀納米線陣列及其制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
關(guān)于銀納米線陣列制備已有多篇文獻(xiàn)，但歸納起來這些銀納米線陣列多是用模板法制備出來的，見文獻(xiàn)G.Sauer，G.Brehm，S.Schneider，and et al.，J.Appl.Phys.，91(2002)3243-3247；“Y.T.Pang，G.W.Meng，W.J.Shan，and et al.，Appl.Phys.A，77(2003)717-720”；“Z.A Hu，T.Xu，R.J Liu，and et al.，Materials Science and EngineeringA，371(2004)236-240”。也有文獻(xiàn)報(bào)道將銀納米線用人工排列得到納米線陣列，如文獻(xiàn)“A.Tao，F(xiàn).Kim，C.Hess，and et al.，Nano Lett，3(2003)1229-1233”。還有文獻(xiàn)報(bào)道在液態(tài)條件下用非模板的化學(xué)還原方法制備銀納米線陣列，如文獻(xiàn)“D.B Zhang，L.M Qi，J.HYang，and et al.，Chem.Mater.，16(2004)872-876]。但關(guān)于不使用模板在固態(tài)條件下直接制備得到平方厘米量級(jí)的銀納米線陣列的技術(shù)未見報(bào)道。本申請(qǐng)人曾在申請(qǐng)?zhí)枮?3104878.1，名稱為“全固態(tài)環(huán)境下制備金屬納米結(jié)構(gòu)材料的方法及裝置”及申請(qǐng)?zhí)枮?3104876.5，名稱為“一種制備純銀單晶納米線的方法及裝置”的發(fā)明專利中對(duì)銀單晶納米線的制備方法及裝置進(jìn)行了說明。該技術(shù)以恒定場(chǎng)強(qiáng)為納米線生長(zhǎng)的控制條件，而在納米線生長(zhǎng)的過程中兩電極間距會(huì)發(fā)生變化，因此在實(shí)際制備過程中很難長(zhǎng)時(shí)間保持恒定場(chǎng)強(qiáng)的條件，所以不利于制備出大面積的銀單晶納米線陣列；同時(shí)由于該技術(shù)采用氯化鈉為基底，基底有缺陷易潮解，影響納米線生長(zhǎng)的形貌和質(zhì)量；而且所制備的納米線不易從基底分離，難于在工業(yè)上直接應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備面積為平方厘米量級(jí)的單晶銀納米線陣列的方法，該方法可以制備出平方厘米尺度的銀納米線陣列，且容易從基底上剝離，并可作為宏觀的器件直接應(yīng)用于光學(xué)和電子學(xué)等領(lǐng)域中。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種制備面積為平方厘米量級(jí)的單晶銀納米線陣列的方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行(1)以玻璃為基底，在其兩端同時(shí)沉積厚度為微米量級(jí)的Ag膜分別作為陰極和陽(yáng)極；(2)然后再沉積RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜，使得RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜覆蓋陰極和陽(yáng)極以及它們之間的空隙；
(3)將陰極和陽(yáng)極分別與直流恒流電源的負(fù)極和正極相連接，在陰極和陽(yáng)極之間施加恒定電流，使通過銀離子導(dǎo)電薄膜的離子流密度為恒定值，其值控制在60～80毫安/平方厘米之間。
本發(fā)明所述的基底采用面積為平方厘米量級(jí)的玻璃基底；基底兩端沉積的Ag膜厚度為微米量級(jí)；所述基底上的銀離子導(dǎo)電薄膜膜厚在百納米量級(jí)。
本發(fā)明提供了一種面積為平方厘米量級(jí)的單晶銀納米線陣列及其制備方法，用這種方法可以在全固態(tài)環(huán)境和低真空條件下，無需任何模板，通過控制流過銀離子導(dǎo)電薄膜RbAg4I5的離子流密度來制備面積為平方厘米尺度的銀納米線陣列。用該方法制備所得的納米線排列方向十分規(guī)則，晶體結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)；具有方法操作簡(jiǎn)單，條件容易控制，易從基底上剝離等特點(diǎn)。所制備的銀納米線陣列可作為宏觀尺度的器件直接應(yīng)用于光學(xué)和電子學(xué)等領(lǐng)域中。


圖1為制備銀納米線陣列的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
圖2為陰極邊緣長(zhǎng)出的銀納米線陣列照片。
圖3、圖4為陰極邊緣長(zhǎng)出的銀納米線陣列掃描電鏡圖像。
圖5為陰極邊緣長(zhǎng)出的銀納米線陣列中的某一單根線的透射電鏡圖像。
圖6為陰極邊緣長(zhǎng)出的銀納米線陣列中的某一單根線的透射電鏡選區(qū)衍射花樣。
圖7為銀納米線陣列的透射電鏡能量散射譜-EDS的分析結(jié)果。
圖1中1-玻璃基底；2-陰極(Ag膜)；3-陽(yáng)極(Ag膜)；4-銀離子導(dǎo)電薄膜(RbAg4I5)；5-直流恒流電源。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明提供的面積為平方厘米量級(jí)的單晶銀納米線陣列的制備方法及其機(jī)理。
圖1為制備銀納米線陣列的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。先在干凈的玻璃基底1兩端同時(shí)沉積兩片Ag膜作為陰極2和陽(yáng)極3，其Ag膜厚度為微米量級(jí)，然后再沉積RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜4，膜厚一般為百納米左右，使得RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜覆蓋陰極和陽(yáng)極以及它們之間的空隙，最后使陰極和陽(yáng)極分別與直流恒流電源5的負(fù)極和正極相連接。這樣，在直流電場(chǎng)作用下，陽(yáng)極Ag膜中的Ag原子失去電子變成Ag+離子，沿著電場(chǎng)方向穿過RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜向陰極移動(dòng)，到達(dá)陰極附近的Ag+離子會(huì)得到電子，被還原成Ag原子，并在陰極附近聚集形成晶核，隨后而至的Ag+離子被還原后繼續(xù)在核上不斷堆積，漸漸長(zhǎng)大，從而形成銀納米線陣列。由于玻璃基底的寬度為厘米量級(jí)，而恒定的離子流密度使得銀納米線陣列可以均勻、穩(wěn)定地生長(zhǎng)，從而可以制備出面積為平方厘米量級(jí)，排列方向十分規(guī)則的銀納米線陣列。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相同實(shí)驗(yàn)條件下，離子流傳輸?shù)臅r(shí)間越長(zhǎng)，納米線陣列的長(zhǎng)度越長(zhǎng)。
為得到單晶銀納米線陣列，在兩極間施加恒定的直流電流，離子流密度應(yīng)控制在60～80毫安每平方厘米之間。
關(guān)于RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜制備技術(shù)[見文獻(xiàn)V.K.Miloslavsky，O.N.Yunakova andJ.L.Sun.Exciton spectrum in superionic RbAg4I5conductor，F(xiàn)unct.Mater.，1(1994)51-55”；“Y.Cao，J.L.Sun，G.S.Zhang，J.H.Guo，Z.P.Wang，Absorption spectra and ionicconductivity of RbxCs1-xAg4I5superionic conductors thin films Chin.Phys.Lett，22(2005)239-242]。
實(shí)施例1先在干凈且干燥的玻璃基底上(2厘米×5厘米)同時(shí)沉積兩片厚度為2微米的Ag膜作為陰極和陽(yáng)極(極間距為1厘米)，然后再沉積RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜(膜厚100納米左右)，確保RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜覆蓋兩端的Ag膜電極以及它們之間的空隙，最后使陰極和陽(yáng)極的Ag膜分別與直流恒流電源的負(fù)極和正極相連接(如圖1所示)。
使通過銀離子導(dǎo)電膜的離子流密度為恒定值，其值控制在60毫安/平方厘米，通電時(shí)間70小時(shí)，得到銀單晶納米線陣列長(zhǎng)度和寬度均達(dá)1厘米左右，且納米線彼此相互平行排列(如圖2、3所示)。
實(shí)施例2我們先在干凈且干燥的玻璃基底上(1.5厘米×7厘米)同時(shí)沉積兩片厚度為1.5微米的Ag膜作為陰極和陽(yáng)極(極間距為1.5厘米)，然后再沉積RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜(膜厚120納米左右)，確保RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜覆蓋兩端的Ag膜電極以及它們之間的空隙，最后使陰極和陽(yáng)極的Ag膜分別與直流恒流電源的負(fù)極和正極相連接(如圖1所示)。
使通過銀離子導(dǎo)電膜的離子流密度為恒定值，其值控制在80毫安/平方厘米，通電時(shí)間50小時(shí)，得到銀單晶納米線陣列掃描電鏡圖像如圖4所示。
為確定陣列中納米線的晶體結(jié)構(gòu)，選取納米線陣列內(nèi)任一單根納米線(如圖5所示)做透射電子顯微鏡的選區(qū)衍射分析，衍射圖樣(圖6)表明所得的單晶納米線陣列中的納米線為面心立方結(jié)構(gòu)。為確定納米線陣列中所含化學(xué)元素，我們對(duì)陣列做了透射電子顯微鏡的能量散射譜-EDS的分析(圖7)，結(jié)果表明納米線陣列中只含有銀元素。
權(quán)利要求
1.一種面積為平方厘米量級(jí)的單晶銀納米線陣列制備方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行(1)以玻璃為基底，在其兩端同時(shí)沉積厚度為微米量級(jí)的Ag膜分別作為陰極和陽(yáng)極；(2)然后再沉積RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜，使得RbAg4I5銀離子導(dǎo)電膜覆蓋陰極和陽(yáng)極以及它們之間的空隙；(3)將陰極和陽(yáng)極分別與直流恒流電源的負(fù)極和正極相連接，在真空狀態(tài)下，對(duì)陰極和陽(yáng)極之間施加恒定電流，使通過銀離子導(dǎo)電膜的離子流密度為恒定值，其值控制在60～80毫安/平方厘米之間，通電時(shí)間至少為50小時(shí)，陰極和陽(yáng)極之間的距離至少為1厘米。
全文摘要
一種制備面積為平方厘米量級(jí)的單晶銀納米線陣列的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法以玻璃為基底，首先在玻璃基底兩端同時(shí)沉積兩片Ag膜作為陰極和陽(yáng)極，其Ag膜厚度為微米量級(jí)，再沉積RbAg
文檔編號(hào)B82B3/00GK1709790SQ20051001200
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者孫家林, 張建紅, 曹陽(yáng), 姚海飛, 劉偉, 孫紅三, 郭繼華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)