一种纳米管材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米管材料的制备方法，包括：提供包含至少一纳米孔的模板，并在所述纳米孔内生长牺牲材料；而后生长保护材料，至少用以掩盖所述牺牲材料的一端面；其后至少去除模板的部分层面材料，至少使部分牺牲材料和所述保护材料从模板中露出；之后围绕自所述模板中露出的牺牲材料生长选定材料，从而形成纳米管结构。本发明专利技术工艺无需微纳加工，无需复杂设备，简单易操作，可控性良好，成本低，产率高，并且所获纳米管材料的组分、形貌（如内径、长度和壁厚等）易于调控，特别是，可获得大长径比，尤其是内径可小至15纳米的、尺寸均匀的纳米管材料，并还可制备多层纳米管材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括：提供包含至少一纳米孔的模板，并在所述纳米孔内生长牺牲材料；而后生长保护材料，至少用以掩盖所述牺牲材料的一端面；其后至少去除模板的部分层面材料，至少使部分牺牲材料和所述保护材料从模板中露出；之后围绕自所述模板中露出的牺牲材料生长选定材料，从而形成纳米管结构。本专利技术工艺无需微纳加工，无需复杂设备，简单易操作，可控性良好，成本低，产率高，并且所获纳米管材料的组分、形貌（如内径、长度和壁厚等）易于调控，特别是，可获得大长径比，尤其是内径可小至15纳米的、尺寸均匀的纳米管材料，并还可制备多层纳米管材料。【专利说明】
本专利技术涉及一种纳米材料的制备工艺，特别是，属于 材料科学领域。
技术介绍
碳纳米管由于其优异而独特的物理化学性能，已成为纳米科学和纳米技术中最为 重要的一类材料。其它材料，当它们的尺寸减小到和决定物化性能的特征长度相当或更小 的时候，也会表现出一些列与块材完全不同的性能。制备、了解，控制和利用材料的纳米尺 寸和表面效应对纳米科技来说是一个巨大的挑战。 目前除了碳纳米材料，很多种类的纳米颗粒，纳米线和纳米薄膜都被合成出来。但 是还缺乏有效方法制备一些形状较为复杂的纳米材料。其中纳米管的制备就是一个挑战。 与纳米颗粒相比，纳米管具有各向异性，可以排列成阵列，具有特殊的光学、磁学，力学和热 学性能，在生物传感、核磁共振成像等方面有广泛的应用前景。 光刻可以用来制备形状复杂的微观结构，但大部分普通光刻尺寸在微米和亚微米 尺度。虽然有能够制备纳米尺度结构的光刻手段，但是这些技术一般成本高，步骤多，操作 复杂并且产率低。更重要的时这种方法不能制备大长径比的结构，另外不能便利地改变制 备材料尺寸。所以现有的大部分纳米管制备都利用化学方法，常用的是利用多孔氧化铝或 者是聚碳酸酯薄膜的纳米孔在内壁上成膜。通常的方法先做内壁修饰然后通过电化学或无 电沉积来制备管状结构，也有通过部分盖多孔薄膜作为电极然后进行生长。这些方法无法 有效控制生长，纳米管的均匀性不能得到保证，经过一段时间生长孔会关闭，无法得到小尺 寸、大长径比、均匀的纳米管结构，特别是多层的纳米管结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，其具有简单易操作、可控性 好，成本低廉等特点，从而克服了现有技术中的不足。 为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案： ，包括： 提供包含至少一纳米孔的模板，并在所述纳米孔内生长牺牲材料； 生长保护材料，至少用以掩盖所述牺牲材料的一端面；其后至少去除模板的部分层面 材料，至少使部分牺牲材料和所述保护材料从模板中露出； 围绕自所述模板中露出的牺牲材料生长选定材料，从而形成纳米管结构。 进一步的，该制备方法还可包括：至少去除所述牺牲材料和保护材料，获得所述纳 米管材料。 进一步的，该制备方法中可选用但不限于电化学沉积、无电沉积方式中的任一种 生长所述选定材料从而形成所述纳米管结构。其中，通过调整电化学沉积、无电沉积等工艺 中的工艺条件等，可很容易的实现纳米管的材料，壁厚，孔径和长径比的有效控制。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：该纳米管材料的制备工艺无需微纳加工，无 需复杂设备，简单易操作，可控性良好，成本低，产率高，并且所获纳米管材料的组分、形貌 (如内径、长度和壁厚等)易于调控，特别是，可获得大长径比，尤其是内径可小至15纳米的、 尺寸均匀的纳米管材料。并且，该纳米管材料的制备工艺除了可制备单种材料的纳米管之 夕卜，还可以用于多层纳米管结构的制备。 【专利附图】【附图说明】 图la是本专利技术一较为优选的实施方案中一种纳米管材料的制备工艺流程图； 图lb是本专利技术一较为优选的实施方案中一种多层纳米管材料的制备工艺流程图； 图2是本专利技术一实施例中在聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯双层膜中利用电化学生长 形成的镍纳米结构的扫描电镜照片； 图3是本专利技术一实施例中在聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯双层膜中利用电化学沉积 方式形成的的镍纳米线及氧化锌保护材料层的扫描电镜照片。 【具体实施方式】 如前所述，鉴于现有的纳米管等复杂结构材料的制造工艺的诸多缺陷，本案专利技术 人经长期研究和大量实践后，提出了本专利技术的技术方案，其主要涉及一种纳米管材料的制 备方法，并包含如下内容： 提供包含至少一纳米孔的模板，并在所述纳米孔内生长牺牲材料； 而后生长保护材料，至少用以掩盖所述牺牲材料的一端面； 其后至少去除模板的部分层面材料，至少使部分牺牲材料和所述保护材料从模板中露 出； 之后围绕自所述模板中露出的牺牲材料生长选定材料，从而形成纳米管结构。 进一步的，该方法还可包括：至少去除所述牺牲材料和保护材料，获得所述纳米管 材料。 当然，更进一步的，还可将前述模板等亦完全去除，获得离散形态的纯净纳米管材 料。 在一较为优选的实施方案之中，前述模板可采用层叠设置的多层模板，例如，前述 模板可包括层叠设置的第一模板和一层或多层第二模板，所述第一模板中的至少一纳米孔 还与所述第二模板中的相应纳米孔配合形成至少一连续纳米孔。 在一较为优选的实施方案之中，亦可先提供一层或多层模板，其后在生长牺牲材 料的同时，在已有的这些模板上生长其余的模板，例如，可以先提供包含至少一纳米孔的第 一模板，并在所述第一模板上生长形成一层或多层第二模板，同时至少在第一模板的纳米 孔内和第二模板内连续生长至少一纳米柱状的牺牲材料。 较之采用单层模板的方式，通过采用多层模板，可更为方便、精确的对牺牲材料的 暴露程度进行控制，特别是有利于得到高长径比的暴露牺牲材料，使纳米管材料的生长可 以得到有效精确的控制，进而获得具有大长径比的纳米管材料。 进一步的，在本专利技术中，该制备方法还可包括：至少除去叠设于第一模板上的第二 模板，使部分牺牲材料自第一模板中凸露出。 需要指出的是，在本专利技术中，关于第一模板、第二模板的定义，仅为示意性说明本 专利技术多层模板的结构，亦即其中第一模板、第二模板仅为区分多层模板中的不同结构层，对 于其材质、数量并无特殊限定，而只要能适用于本专利技术的技术方案即可。 进一步的，前述多层模板可由具有不同物理、化学性能的材料组成，例如，在一类 模板中纳米孔是利用高能粒子照射和化学腐蚀方法来制备的，能够形成核径迹的绝缘材料 都可以用于这类模板制备，例如可参考文献12及W0 2013126885 A1等。这类材料包括，但 不限于云母（mica),氮化娃（SiN)，氮化镓（GaN)，聚碳酸酯（PC, polycarbonate),聚对 苯二甲酸乙二酯（PET, polyethylene terephthalate)，聚苯乙烯（Polystyrene)，聚对苯 二甲酸乙二酯（PET, polyethylene terephthalate)，聚醜亚胺（PI, Polyimide),聚四 氟乙烯（PTFE, Polytetrafluoroethene)。 而关于模板的材质，除了使用可用核径迹材料外，也可以是金属或其氧化物、 聚合物或其它有机或无机材料，例如，可以选用多孔氧化铝模板等，这些模板可以通过 业界悉知的各种方式，包括电化学方法、光刻、物理或化学蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米管材料的制备方法，其特征在于包括：提供包含至少一纳米孔的模板，并在所述纳米孔内生长牺牲材料；生长保护材料，至少用以掩盖所述牺牲材料的一端面；至少去除模板的部分层面材料，至少使部分牺牲材料和所述保护材料从模板中露出；围绕自所述模板中露出的牺牲材料生长选定材料，从而形成纳米管结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙力，
申请(专利权)人：孙力，
类型：发明
国别省市：江苏;32