一种基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法，包括作为基底的平面ITO导电玻璃，化学刻蚀的ZnO纳米管模板，在ZnO纳米管模板中电沉积的Ag纳米线。本发明专利技术首先在ITO导电玻璃上水浴生长ZnO纳米棒；其次用NaOH溶液溶解ZnO纳米棒的中心部位，形成ZnO纳米管；以上述ZnO纳米管为模板，采用循环伏安法在其空心结构中电沉积Ag纳米线；最后用高浓度的NaOH溶液溶解ZnO纳米管模板。该方法以ZnO纳米管取代常规的AAO模板，不仅可在任何形状的导电基底上电沉积Ag纳米线，也可通过调节ZnO纳米管的孔径和深度等参数制备尺寸和形貌可控的Pt和Cu等金属纳米阵列结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳米制造领域，具体涉及一种基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法。
技术介绍
金属纳米阵列结构由于突出的电子、光学和催化性能而被广泛应用于生物传感器、气体传感器、敏化太阳能电池、光降解器和发光二极管等微纳米器件中。Ag纳米线具有比表面积大、电子传输能力强，催化效率高，化学性质稳定，等电点高等优点，因而受到了广泛地研究。Ag纳米线阵列结构的制备主要包括模板法、化学合成法、电化学沉积法等，其中，模板法简单易行，易于控制Ag纳米线的尺寸与形貌，目前使用较为广泛。常用的模板包括阳极氧化铝(AAO)模板、纳米通道玻璃和核径迹刻蚀的聚碳酸酯薄膜。AAO模板的孔径和深度易于调节，机械性能和热稳定性好，常用于制备金属纳米阵列结构。例如，Wang Lisha利用AAO模板电沉积Au纳米线阵列结构，并在其表面物理吸附葡萄糖氧化酶制备了葡萄糖传感器。Sun Xiuyu采用AAO模板电沉积长度可控、高密度的Ag纳米线阵列结构。但是，AAO模板的制备工艺较为繁琐，主要包括铝基板的高温退火、去脂、抛光、一次氧化、去除一次氧化膜、二次氧化、去除铝基板、去除阻挡层等工序。此外，AAO模板是在平面铝基板上制作的多孔结构，其应用受平面结构的限制，因此只能在平面基底上沉积金属纳米线阵列结构。相比AAO模板，ZnO纳米管的制备工艺简单，通常仅包括ZnO纳米棒的生长及其中心部分的溶解。此外，ZnO纳米管可制备在任何形状的基底上，管状结构相互平行并且垂直于基底表面，密度比较高，通过调节纳米棒的直径和长度，纳米管刻蚀时间、刻蚀温度和刻蚀液浓度可有效控制纳米管的孔径、壁厚和深度。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法，本专利技术可在任何形状的导电基底(如球形、圆柱、Au螺旋线等曲面结构)上制备ZnO纳米管模板，进而沉积尺寸和形貌可控的Ag纳米线。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：包括作为基底的平面ITO导电玻璃，在ITO导电玻璃上化学刻蚀的ZnO纳米管模板，在ZnO纳米管模板中电沉积的Ag纳米线。平面ITO导电玻璃的长、宽、厚分别为10mm、5mm、1.1mm，方块电阻小于7Ω/□，表面均方根粗糙度为2.2nm。化学刻蚀的ZnO纳米管模板包括以下步骤：1)用丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗ITO导电玻璃，并在室温下干燥；2)将Zn(CH3COO)2·2H2O和NaOH溶于无水乙醇配制Zn2+浓度为0.5～1.5mmol/L的ZnO种子层溶液；3)将ITO导电玻璃浸入步骤2)配制的ZnO种子层溶液，而后退火处理，获得沉积有ZnO种子层的ITO导电玻璃；4)将Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺溶于去离子水中，搅拌并加热，得到Zn2+浓度为60～120mmol/L的ZnO生长液；5)将步骤3)沉积有ZnO种子层的ITO导电玻璃放入步骤4)配制的ZnO生长液生长2～6h，而后用去离子水超声清洗并在室温下干燥，得到基于ZnO纳米棒的平面跨尺度结构；6)将NaOH溶于去离子水并加热，获得浓度为75～125mmol/L的NaOH溶液；7)将步骤5)获得的基于ZnO纳米棒的平面跨尺度结构放入步骤6)配制的NaOH溶液中保持1.0～2.5h，而后用去离子水冲洗并在室温下干燥，得到基于ZnO纳米管的平面跨尺度结构。在ZnO纳米管模板中电沉积Ag纳米线包括以下步骤：1)将AgNO3溶于去离子水，得到浓度为5～20mmol/L的AgNO3溶液；2)以基于ZnO纳米管的平面跨尺度结构为工作电极，Ag/AgCl参比电极，Pt丝辅助电极，步骤1)配制的AgNO3溶液为电解液，采用循环伏安法在ZnO纳米管的空心结构中电沉积Ag纳米线，其中电位扫描范围0～-0.6V，扫描速率10mV/s，扫描20～50圈；3)将NaOH溶于去离子水，得到浓度为1～2mol/L的NaOH溶液；将步骤2)获得的跨尺度结构浸入步骤3)配制的NaOH溶液，室温下溶解ZnO纳米管模板，并用去离子水冲洗、室温下干燥，得到基于Ag纳米线的平面跨尺度结构。本专利技术采用ZnO纳米管模板取代AAO模板制备Ag纳米线，其显著特点包括以下两方面：a)采用ZnO纳米管作为电沉积Ag纳米线的模板，有效地减少了模板的制备工序，降低了制备成本；b)ZnO纳米管可以制作在任何形状的基底上，因此采用ZnO纳米管作为电沉积Ag纳米线的模板，不仅可在平面导电基底上沉积Ag纳米线，而且可在球形、圆柱、Au螺旋线等导电的曲面结构上沉积Ag纳米线。本专利技术的有益效果是，本专利技术是一种以ZnO纳米管取代常规的AAO模板制备Ag纳米线的方法，将ZnO纳米棒水浴生长在ITO导电玻璃表面并刻蚀成ZnO纳米管，以ZnO纳米管取代AAO模板电沉积Ag纳米线阵列结构，有效地简化了模板法沉积Ag纳米线的工艺、降低了制备成本，并且可在除平面结构的ITO导电玻璃以外的曲面结构(如球形、圆柱、Au螺旋线等曲面结构)表面沉积Ag纳米线，有效扩展了Ag纳米线阵列结构的应用范围。通过调节ZnO纳米棒的合成参数和ZnO纳米管的刻蚀参数获得不同孔径、壁厚和深度的ZnO纳米管模板，从而有效控制Ag纳米线的密度、直径等重要几何参数。该方法以ZnO纳米管模板取代常规的AAO模板，不仅可在任何形状的导电基底上电沉积Ag纳米线，也可沉积尺寸和形貌可控的Pt和Cu等金属纳米阵列结构。附图说明图1是本专利技术平面ITO导电玻璃基底的示意图；图2是本专利技术在ITO导电玻璃基底上生长ZnO纳米棒的示意图；图3是本专利技术化学刻蚀ZnO纳米棒形成ZnO纳米管模板的示意图；图4是本专利技术在ZnO纳米管模板的空心结构中电沉积Ag纳米线的示意图；图5是本专利技术溶解ZnO纳米管模板后形成基于Ag纳米线的平面跨尺度结构的示意图；1.ITO导电玻璃，2、ZnO纳米棒，3、ZnO纳米管，4、Ag纳米线。具体实施方式以下结合附图及实施案例对本专利技术作进一步的详细说明：如图4，本专利技术包括作为基底的平面ITO导电玻璃1，化学刻蚀的ZnO纳米管3，在ZnO纳米管模板中电沉积的Ag纳米线4。如图1、图2、图3、图4、图5所示，上述基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法包括以下步骤：1)切割长、宽、厚分别为10mm、5mm、1.1mm的ITO导电玻璃1，用丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗，并在室温下干燥，如图1所示；2)将11.0mg Zn(CH3COO)2·2H2O和4mg NaOH溶于500mL无水乙醇，并在65℃下保持30min，得到Zn2+浓度为0.5mmol/L的ZnO种子层溶液；3)将ITO导电玻璃浸入步骤2)配制的ZnO种子层溶液1min，而后于120℃退火处理10min，以上浸入和退火步骤重复3次，获得沉积有ZnO种子层的ITO导电玻璃；4)将2.671g Zn(NO3)2·6H2O和1.26g六次甲基四胺溶于100mL去离子水，以1500r/min转速搅拌并加热至90℃，得到Zn2+浓度为90mmol/L的ZnO生长液；5)将步骤3)沉积有ZnO种子层的ITO导电玻璃置于步骤4)配制的ZnO生长液中，并于90℃生长4h，而后用去离子水超声清洗并在室温下干燥，得到基于ZnO纳米棒的平面跨尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法，包括作为基底的平面ITO导电玻璃，其特征在于，在ITO导电玻璃上化学刻蚀的ZnO纳米管模板，在ZnO纳米管模板中电沉积的Ag纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法，包括作为基底的平面ITO导电玻璃，其特征在于，在ITO导电玻璃上化学刻蚀的ZnO纳米管模板，在ZnO纳米管模板中电沉积的Ag纳米线。2.根据权利要求1所述的一种基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法，其特征在于，平面ITO导电玻璃的长、宽、厚分别为10mm、5mm、1.1mm，方块电阻小于7Ω/□，表面均方根粗糙度为2.2nm。3.根据权利要求1所述的一种基于ZnO纳米管模板制备Ag纳米线的方法，其特征在于，化学刻蚀的ZnO纳米管模板包括以下步骤：1)用丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗ITO导电玻璃，并在室温下干燥；2)将Zn(CH3COO)2·2H2O和NaOH溶于无水乙醇配制Zn2+浓度为0.5～1.5mmol/L的ZnO种子层溶液；3)将ITO导电玻璃浸入步骤2)配制的ZnO种子层溶液，而后退火处理，获得沉积有ZnO种子层的ITO导电玻璃；4)将Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺溶于去离子水中，搅拌并加热，得到Zn2+浓度为60～120mmol/L的ZnO生长液；5)将步骤3)沉积有ZnO种子层的ITO导电玻璃放入步骤4)配制的ZnO生长液生长2～6h...

【专利技术属性】
技术研发人员：景蔚萱，周帆，吴琼，崔奇兵，蒋庄德，高伟卓，徐志鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61