一种复合结构金属纳米线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合结构金属纳米线及其制备方法，属于纳米材料技术领域。本发明专利技术复合结构金属纳米线通过电沉积法制备，使用石墨烯层或石墨烯复合层作为多孔氧化铝模板的导电层，在其上电沉积金属纳米线。本发明专利技术方法工艺简单，且可控。使用本发明专利技术方法可增强金属层和金属纳米线或金属层和氧化铝模板之间的结合能力，并提高复合结构金属纳米线的导电性、导热性等综合性能。本发明专利技术方法获得的复合结构金属纳米线的应用范围极广，尤其适合作为电极用于催化及生物传感等相关领域。

Composite structure metal nano wire and preparation method thereof

The invention discloses a composite structure metal nanowire and a preparation method thereof, belonging to the field of nanometer material technology. The composite structure metal nanowire is prepared by electrodeposition, and a graphene layer or a graphene composite layer is used as a conductive layer of a porous alumina template to deposit the metal nanowire. The method of the invention is simple and controllable. By using the method of the invention, the bonding ability between the metal layer and the metal nanowire or the metal layer and the alumina template can be enhanced, and the comprehensive performance of the conductive and thermal conductivity of the metal nanowire of the composite structure can be improved. The composite structure obtained by the method of the invention has wide application range, and is especially suitable for being used as an electrode for catalysis and biological sensing and other related fields.

【技术实现步骤摘要】
一种复合结构金属纳米线及其制备方法
本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及使用AAO模板制备金属纳米线的方法。
技术介绍
金属纳米线作为电极在催化及传感等领域有着广阔的应用前景。模板法是制备金属纳米线最主流的方法之一，最常用的就是多孔阳极氧化铝(AAO)模板。使用AAO模板制备金属纳米线通常有两种方法：一种是使用直流电沉积；另一种是使用交流电沉积。交流电沉积可使用AAO模板直接电沉积金属纳米线，不需要去除阻挡层，然而所获得的金属纳米线的表面光滑度比较差，甚至难以获得连续的金属纳米线，且获得的金属纳米线一般为多晶；与交流电沉积相比，AAO模板法直流电沉积所制备得到的金属纳米线的质量更好，且可为单晶。然而，现有技术的直流电沉积金属纳米线时，通常需要先将氧化铝膜从铝基剥离，在磷酸中通孔，然后在氧化铝膜的一面溅射或蒸镀上一薄层金属作为阴极进行电沉积。也有人直接将多孔的AAO模板通过环氧树脂等固定在电极表面进行金属纳米线的电沉积。对于溅射和蒸镀金属层的方法,由于溅射和蒸镀的物质会同时覆盖在AAO模板的孔内壁上，因此在后续电镀过程中，镀层不仅会沿着模板的孔内纵向沉积，而且会沿着模板的孔径方向径向生长，径向尺寸的不均匀性会对后续金属纳米线的电镀沉积造成致命影响，导致金属纳米线的生长工艺难以控制，质量难以得到保证，从而对其导电性等性能造成不利影响。对于后者，一方面在基底电极和AAO模板之间会有空隙，该空隙的厚度难以控制，从而造成纳米线底层薄膜的厚度不均匀，那么纳米线性能的稳定性就难以得到保障；此外，环氧树脂的残留和去除也会对纳米线和基底电极的结合力及纳米线的导电性等性能造成一定不利影响。另一方面，纳米线底层薄膜的导电性等性能以及纳米线与底层薄膜之间的结合力等因素对以其作为电极的性能有严重影响，且会进一步影响以其制作的器件的性能，如传感器的敏感性和选择性等，严重制约以纳米线作为电极的器件性能的进一步提高。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种以石墨烯层或石墨烯复合层为导电层的复合结构金属纳米线及其模板法电镀制备方法。本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中由于AAO模板一侧导电层沉积工艺的局限性而导致纳米线的沉积过程不可控以及纳米线和基板或者薄膜之间的结合不理想的问题，并进一步提出一种通过石墨烯层或石墨烯复合层优化金属纳米线复合结构的性能的思路和方法，从而克服以纳米线为电极的器件性能不佳，应用受限的缺陷。为此，本专利技术的技术方案如下：一种复合结构金属纳米线，通过使用石墨烯或石墨烯复合层来作为模板法电沉积纳米线的导电层,该复合层同时具有阳极氧化的阻挡层的作用，并有利于增强金属层和金属纳米线之间的结合能力。在石墨烯层(1)或石墨烯复合层(2)的一侧电沉积有一层金属纳米线层(3)。在石墨烯层(1)或石墨烯复合层(2)的另一侧还可电沉积一层金属层(4)。所述石墨烯层为单层、两层或多层的石墨烯。所述石墨烯复合层为石墨烯复相层的复合，或石墨烯复相层/石墨烯层的复合，或石墨烯层/石墨烯复相层/石墨烯层的复合。所述金属层为镍(Ni)或/和铜(Cu)或/和银(Ag)或/和金(Au)或/和铂(Pt)中的一种或一种以上；所述金属纳米线层为镍(Ni)或/和铜(Cu)或/和银(Ag)或/和金(Au)或/和铂(Pt)中的一种或一种以上。所述石墨烯复相层为金属镍(Ni)或/和铜(Cu)或/和银(Ag)或/和金(Au)或/和铂(Pt)与石墨烯的复相。一种复合结构金属纳米线的制备方法，按顺序包括如下步骤：(1)在铝片的一侧上转移石墨烯层或电镀金属与石墨烯的石墨烯复相层；(2)对所述铝片进行阳极氧化处理及去氧化处理，在石墨烯或石墨烯复相层上获得通孔的多孔阳极氧化铝(AAO)模板；(3)在金属镀液中以沉积有导电层的多孔AAO模板为阴极电沉积填充所述通孔的AAO模板,在所述石墨烯或石墨烯复相层上制得金属纳米线；(4)去除AAO模板，得所述复合结构金属纳米线。在步骤(2)之前还可以步骤(1)的石墨烯或石墨烯复相层为阴极，在其另一侧电镀金属层，自上而下形成金属层/石墨烯或石墨烯复相层/铝片多层膜。步骤(1)中的铝片也可为多孔的AAO模板，可将石墨烯直接转移至该模板的一侧，对模板进行金属化，并电沉积金属纳米线。所述复合结构金属纳米线为石墨烯层/金属纳米线的复合结构；或石墨烯复相层/金属纳米线的复合结构；或金属层/石墨烯层/金属纳米线的复合结构；或金属层/石墨烯复相层/金属纳米线的复合结构。所述铝片为铝箔或铝板或铝薄膜；所述的金属纳米线为单晶或多晶；所述石墨烯的转移采用PMMA作为支撑层的方式或采用热释胶带转移的方式；所述阳极氧化处理工艺为直流或者交流；所述直流以及所述交流阳极氧化工艺所使用的电解液为硫酸、和/或磷酸、和/或草酸；所述电解液的浓度为0.1-6mol/L；电解时间为0.1-24h，温度为0-25℃，电压为1-90V；电解时，阳极为铝片，阴极为石墨或不锈钢或铂片。去氧化使用质量浓度为5-25％的磷酸为溶液，溶液温度为15-30℃，浸泡时间为0.1-1h；去除AAO模板使用质量浓度为5-25％的磷酸为溶液，浸泡时间为0.1-5h。金属层及金属纳米线使用直流电沉积的方法制备，镀液为镍(Ni)镀液或/和铜(Cu)镀液或/和银(Ag)镀液或/和金(Au)镀液或/和铂(Pt)镀液；电流密度为0.1-8A/dm2，温度为10-60℃,沉积时间为0.01-5h。金属层、石墨烯复相层及金属纳米线使用直流电沉积的方法制备，其中，金属层及金属纳米线层沉积所用镀液为镍(Ni)镀液或/和铜(Cu)镀液或/和银(Ag)镀液或/和金(Au)镀液或/和铂(Pt)镀液，石墨烯复相层沉积所用镀液为在镍(Ni)镀液或/和铜(Cu)镀液或/和银(Ag)镀液或/和金(Au)镀液或/和铂(Pt)镀液中加入石墨烯纳米片形成的含有石墨烯纳米片的金属镀液。所述直流电沉积所用电流密度为0.1-8A/dm2，温度为10-60℃,沉积时间为0.01-5h。所述石墨烯纳米片可为单层或两层或多层，浓度为0.01-5g/L。所述石墨烯纳米片使用金属镀液润湿，再超声分散，在表面活性剂的帮助下分散在金属镀液中。所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。所述金属及石墨烯复相所用的镀液使用空气搅拌法或者磁力搅拌器搅拌的方法搅拌；所述复合结构金属纳米线的性能可通过金属层或石墨烯复相层的调节而调控。所述复合结构金属纳米线具有优异的导电性、导热性、机械性能及耐腐蚀性能等多方面的性能，且该性能可通过金属层或石墨烯复合层以及纳米线层的调节而调控；金属层或石墨烯复合层的厚度以及纳米线的直径和长度等均可通过电解及电镀工艺过程中的电解液，沉积时间，电流密度或电压等参数进行调节。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的复合结构金属纳米线及其制备方法通过使用石墨烯层或石墨烯复相层金属化AAO模板，简化了AAO模板的金属化工艺，且避免了金属纳米线沉积过程中沿模板壁沉积的过程，使得金属纳米线的电沉积工艺可控。2.本专利技术提供的复合结构金属纳米线的制备方法可得到石墨烯层/金属纳米线或石墨烯复相层/金属纳米线或金属层/石墨烯层或石墨烯复相层/金属纳米线的复合结构，该复合结构中由于使用了具有优异的导电性和导热性和机械性能及柔韧性的石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合结构金属纳米线，其特征在于，通过使用石墨烯或石墨烯复合层来使多孔氧化铝的一端导电，增强金属层和金属纳米线或金属层和氧化铝模板之间的结合能力。

【技术特征摘要】
1.一种复合结构金属纳米线，其特征在于，通过使用石墨烯或石墨烯复合层来使多孔氧化铝的一端导电，增强金属层和金属纳米线或金属层和氧化铝模板之间的结合能力。2.根据权利要求1所述的复合结构金属纳米线，其特征在于，在石墨烯层(1)或石墨烯复合层(2)的一侧电沉积一层金属纳米线层(3)。3.根据权利要求2所述的复合结构金属纳米线，其特征在于，在石墨烯层(1)或石墨烯复合层(2)的不同于电沉积金属纳米线层(3)的一侧还电沉积一层金属层(4)。4.根据权利要求2和3所述的复合结构金属纳米线，其特征在于，所述金属层及石墨烯复合层的厚度为0.01-25微米；所述金属纳米线的直径为10-500纳米，长度为0.1-80微米。5.根据权利要求1-4所述的复合结构金属纳米线，其特征在于，所述石墨烯层为单层、两层或多层的石墨烯；所述石墨烯复合层为石墨烯复相层的复合，或石墨烯复相层/石墨烯层的复合，或石墨烯层/石墨烯复相层/石墨烯层的复合；所述金属层为镍(Ni)或/和铜(Cu)或/和银(Ag)或/和金(Au)或/和铂(Pt)中的一种或一种以上；所述金属纳米线层为镍(Ni)或/和铜(Cu)或/和银(Ag)或/和金(Au)或/和铂(Pt)中的一种或一种以上。6.根据权利要求5所述的复合结构金属纳米线，其特征在于，所述石墨烯复相层为金属镍(Ni)或/和铜(Cu)或/和银(Ag)或/和金(Au)或/和铂(Pt)与石墨烯的复相。7.一种复合结构金属纳米线的制备方法，其特征在于，按顺序包括如下步骤：(1)在铝片的一侧上转移石墨烯层或电镀金属与石墨烯的石墨烯复相层；(2)对所述铝片进行阳极氧化处理及去氧化处理，在石墨烯或石墨烯复相层上获得通孔的多孔阳极氧化铝(AAO)模板；(3)在金属镀液中以沉积有导电层的多孔AAO模板为阴极电沉积填充所述多孔的AAO模板,在所述石墨烯或石墨烯复相层上制得金属纳米线；(4)去除AAO模板，得所述复合结构金属纳米线。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(2)之前还可以步骤(1)的石墨烯或石墨烯复相层为阴极，在其上电镀金属层，自...

【专利技术属性】
技术研发人员：任招娣，于晓璇，刘元安，刘小明，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11