双极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双极金属纳米线及其制备方法，以径迹刻蚀高分子多孔膜为模板，利用电化学沉积的方法在模板上进行沉积，通过沉积过程中电流的变化即可调控纳米线中不同金属部分的生长。径迹刻蚀模板可以通过改变刻蚀条件来调制孔型，制备出更多特殊形状的纳米线，并且得到的金属纳米线孔径可精确调控且均一性好，模板非常易于用有机溶剂溶解将这些纳米线释放到溶液中去，且溶解的比较彻底。电化学沉积技术操作简单，易于控制，根据沉积过程中电流的变化即可控制纳米线中不同金属部分的生长。该方法非常简单且成本较低，非常适合用来制备双极纳米线。

【技术实现步骤摘要】
双极金属纳米线及其制备方法
本专利技术涉及一种双极金属纳米线及其制备方法。
技术介绍
近年来，自推动微型、纳米器件的设计和应用已经引起了科学界的极大兴趣。其中，最吸引大家的是基于过氧化氢燃料催化分解为氧气和水而自推进的双极金属纳米线（如金/铂或Au/Ni）马达。通过自主运输而不是压力或电驱动下的液体流来调控这些纳米线在微流体通道内的运输和传导，是设计集成微纳器件的一个关键步骤。双极纳米线的一些优异性质如传输速度快、易于功能化等，使它们在纳米马达上有着广泛的应用。Sen研究发现，当环境中的过氧化氢燃料催化分解为氧气和水时，Au/Pt和Au/Ni双极纳米线具有自驱动功能，在轴向方向的自主运动速度可大大提高达到10μm/s。美国亚利桑那州立大学Wang的研究组把双极纳米线Au/Pt的Pt端固定在碳纳米管（CNT）上，该Au/Pt-CNT纳米马达的速度达到了42.8μm/s，并且他们发现这些纳米马达能够承载着某些分子在微通道网络内沿着既定的路径前进。这一性质对纳米马达到微流体网络的集成有着至关重要的作用，对靶向给药、流动传感器等器件的制备提供了可能。双极纳米线为微观尺度物质的运输和传导的可调控性变成现实提供了可能。纳米线的制备方法有电子束平版印刷术、激光烧蚀法、化学气相沉积法(CVD)、热气相沉积法、模板法等。但这些方法一般比较复杂，成本相对较高。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种双极金属纳米线及其制备方法，既简单成本又非常低。本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双极金属纳米线的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在核径迹高分子薄膜材料上制备出纳米孔，形成带纳米孔的高分子薄膜；步骤2，在所述高分子薄膜的一侧面上镀上一层金，形成镀金模板；步骤3，将所述镀金模板放入电解槽内，用两种不同的金属电化学沉积溶液对所述高分子薄膜进行电化学沉积，以将两种金属填充至所述镀金模板的高分子薄膜上的纳米孔内形成纳米线；步骤4，将所述镀金模板上的高分子薄膜材料溶解，即获得双极金属纳米线。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1中，所述核径迹高分子薄膜材料至少为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺（PI）中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1中，采用重离子径迹刻蚀方法在核径迹高分子薄膜材料上制备出纳米孔。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2中，所述高分子薄膜一侧面上所镀金层厚度为50nm。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3中，将所述镀金模板放入电解槽内，用金属Ag和Cu对所述高分子薄膜进行电化学沉积，以将Ag和Cu两种金属填充至所述镀金模板的高分子薄膜上的纳米孔内形成Ag/Cu双极金属纳米线；作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3中，将所述镀金模板放入电解槽内，所述高分子薄膜镀金一侧为阴极。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3中，首先对银进行沉积，沉积过程中，电解槽的阴极为阻值18.2MΩ﹒cm的去离子水，阳极为18g/lAgNO3，120g/lC6H5Na3O7•2H2O，40g/lC4H4O6KNa•4H2O，60g/lNa2SO3溶液，银电极为阳极，电压在0.1～0.3V范围内，沉积电流密度小于0.5mA/cm2；然后对铜极沉积过程中，电解槽的阴极为阻值18.2MΩ﹒cm的去离子水，阳极为0.25mol/LCuSO4，2mol/LH2SO4，铜电极作为阳极，沉积电压在0.1～0.3V范围内，沉积电流密度小于0.5mA/cm2。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3中，将所述镀金模板上的高分子薄膜材料溶解，溶解方法包括有机溶剂和反应离子刻蚀法中的任一种。本专利技术还提供一种采用如上所述的极金属纳米线的制备方法获得的金属双极纳米线。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用电化学沉积的方法，在高分子多聚物模板上制备出双极金属纳米线。该方法以具有纳米孔径的多孔材料作为阴极，利用物质在阴极的电化学还原反应使材料在溶液中定向移动，从而进入纳米孔道，并通过模板的孔壁形状和尺寸的控制，并可很据沉积过程中电流变化，在相应的沉积阶段控制纳米线中不同金属的生长，调控纳米线中两极部分的长度。利用有机溶剂或反应离子刻蚀法溶解高分子多聚物模板，释放出纳米线。该方法得到的双极金属纳米线分别通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDX)进行表征。该专利技术中，重离子径迹刻蚀方法制备出的孔径均一，且连续可控，所以制备得到的纳米线孔径可精确调控且均一性好；并且模板非常易于用有机溶剂溶解将这些纳米线释放到溶液中去，且溶解的比较彻底，易于制作纳米线悬浮液，而有机溶剂不会与纳米线相互反应从而对纳米线造成损伤；这种径迹刻蚀模板可以通过改变刻蚀条件来调制孔型，得到不同形状的纳米孔(如锥形)，从而可以制备出更多特殊形状的纳米线。电化学沉积技术操作简单，易于控制，根据沉积过程中电流的变化即可控制纳米线中不同金属部分的生长。与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法非常简单且成本较低，非常适合用来制备金属纳米线。附图说明图1是实施例1中纳米柱孔的扫描电镜图，A为俯视图，B为剖面图。图2是实施例1中Ag/Cu双极金属纳米线的扫描电镜图。图3是实施例1中Ag/Cu双极金属纳米线的EDX元素分析图谱。图4是实施例2中纳米柱孔的扫描电镜图。图5是实施例2中Ag/Cu双极金属纳米线的扫描电镜图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例1：用化学刻蚀方法在自行辐照过的PC材料上制备出柱形纳米核孔，形成带纳米孔的高分子薄膜，图1是纳米柱孔的扫描电镜图片。然后在高分子薄膜的一侧面上镀上一层金（镀金层厚度为50nm），形成镀金模板。然后用电化学沉积的方法来制备Ag、Cu双极金属纳米线：将镀金模板放入电解槽内，用两种不同的金属Ag、Cu电化学沉积溶液对高分子薄膜进行电化学沉积，以将两种金属填充至镀金模板的高分子薄膜上的纳米孔内形成纳米线。其中，高分子薄膜镀金一侧为阴极，首先对银进行沉积，沉积过程中，电解槽的阴极为阻值18.2MΩ﹒cm的去离子水，阳极为18g/lAgNO3，120g/lC6H5Na3O7•2H2O，40g/lC4H4O6KNa•4H2O，60g/lNa2SO3溶液，银电极为阳极，电压在0.1～0.3V范围内，沉积电流密度小于0.5mA/cm2；然后对铜极沉积过程中，电解槽的阴极为阻值18.2MΩ﹒cm的去离子水，阳极为0.25mol/LCuSO4，2mol/LH2SO4，铜电极作为阳极，沉积电压在0.1～0.3V范围内，沉积电流密度小于0.5mA/cm2。沉积过程中根据电流变化，可以在相应的沉积阶段控制纳米线中Ag和Cu的生长，调控纳米线中银、铜纳米线部分的长度。双极纳米线制备完成后，用二氯甲烷试剂对含有纳米线的PC模板进行溶解，即可制备得到本专利技术提供的双极金属纳米线。用扫描电子显微镜(SEM)对制备好的Ag/Cu双极金属纳米线的形貌进行表征。如图2所示得到的纳米线直径、长度比较均匀，并且每根纳米线均是由两段不同成分组成，Ag纳米线部分可清楚的观察到。用能谱分析(EDX)纳米线的成分进行检测，图4是纳米线的EDX元素分析图谱。在图中只观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极金属纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在核径迹高分子薄膜材料上制备出纳米孔，形成带纳米孔的高分子薄膜；步骤2，在所述高分子薄膜的一侧面上镀上一层金，形成镀金模板；步骤3，将所述镀金模板放入电解槽内，用两种不同的金属电化学沉积溶液对所述高分子薄膜进行电化学沉积，以将两种金属填充至所述镀金模板的高分子薄膜上的纳米孔内形成纳米线；步骤4，将所述镀金模板上的高分子薄膜材料溶解，即获得双极金属纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种双极金属纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在核径迹高分子薄膜材料上制备出纳米孔，形成带纳米孔的高分子薄膜；步骤2，在所述高分子薄膜的一侧面上镀上一层金，形成镀金模板；步骤3，将所述镀金模板放入电解槽内，用两种不同的金属电化学沉积溶液对所述高分子薄膜进行电化学沉积，以将两种金属填充至所述镀金模板的高分子薄膜上的纳米孔内形成纳米线；步骤4，将所述镀金模板上的高分子薄膜材料溶解，即获得双极金属纳米线。2.根据权利要求1所述的双极金属纳米线的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，所述核径迹高分子薄膜材料至少为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的双极金属纳米线的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，采用重离子径迹刻蚀方法在核径迹高分子薄膜材料上制备出纳米孔。4.根据权利要求1所述的双极金属纳米线的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，所述高分子薄膜一侧面上所镀金层厚度为50nm。5.根据权利要求1所述的双极金属纳米线的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，将所述镀金模板放入电解槽内，用金属Ag和Cu对所述高分子薄膜进行电化学沉积，以将Ag和Cu两种金属填充至所述镀...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓蕊，王册明，涂友超，刘江峰，耿晓菊，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41