纳米结构的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一至少部分悬空设置的碳纳米管结构；向该碳纳米管结构引入反应原料；以及引发反应原料进行反应，在该碳纳米管结构表面形成纳米结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种采用模板法制备纳米结构的方法。
技术介绍
纳米材料在基础研究和实际应用，如催化、传感等方面有着巨大价值。因此，纳米材料的制备方法成为研究的热点。目前，纳米材料的制备方法可分为自发生长法(spontaneous growth)、模板合成法(template-based synthesis)、电纺纱法(electrospi皿ing)、平板印刷法(lithography)等。 现有技术提供一种电纺纱法制备二氧化钛纳米线的方法，请参见Fabricationof Titania Nanofibers by Electrospinning，，(Dan Li et al，NanoLetters， vol. 3，No. 4，p555-560(2003))。该方法将矿物油与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇溶液以及二氧化钛前驱体混合制得浆料，然后通过电纺纱制备二氧化钛纳米结构。进一步，通过加热使矿物油与聚乙烯吡咯烷酮蒸发，可以得到纯的二氧化钛纳米结构。该二氧化钛纳米结构包括多个二氧化钛纳米线，且形成一 自支撑结构。虽然电纺纱法可以制备长度较大的纳米线且可以将其制备成一具有自支撑结构的纳米结构，但是，电纺纱法通常需要专门的电纺纱设备，需要一高电压，且需要先将纺纱原料配制成一浆料。所以，采用电纺纱法制备纳米材料工艺复杂，成本较高。 碳纳米管(Carbon Nanotube ， CNT)是一种新型纳米结构，由日本研究人员Iijima在1991年首次于实验室制备获得，请参见Helical Microtubules ofGr即hiticCarbon (S. Iijima，Nature, vol. 354，p56 (1991))。由于碳纳米管具有一维形貌以及化学、热方面的稳定性，成为模板合成纳米材料的理想模板。 现有技术提供一种采用碳纳米管作为模板生长氮化硅纳米线的方法，请参见何艳阳等于2005年12月19日申请的中国公开专利申请第CN 1803586A号。该方法包括以下步骤将硅粉与纳米二氧化硅粉按一定的重量比混合；提供一双层刚玉舟，并将该硅粉与纳米二氧化硅粉的混合物置于该双层刚玉舟的下层；将一定量的碳纳米管粉末置于该双层刚玉舟的上层；将该双层刚玉舟置于一含氮气的高温炉中进行还原和氮化反应，在碳纳米管表面生长氮化硅纳米线。该反应过程中，首先是固态的Si和Si02反应生成SiO气体，然后生成的SiO气体与氮气反应，并在碳纳米管表面生成氮化硅纳米线。与电纺纱法制备纳米材料相比较，模板法工艺简单，易于操作，成本低廉。 然而，上述采用碳纳米管作为模板生长纳米材料的方法具有以下不足第一，作为模板的碳纳米管为粉体材料，其长度有限，所以制备的氮化硅纳米线长度较小；第二，采用碳纳米管粉体作为模板不易控制产物形貌；第三，碳纳米管粉体分布不均匀，且容易团聚，影响产物的尺寸及均匀性；第四，该方法制备的氮化硅纳米线无法形成一自支撑结构(所谓自支撑结构是指该结构可以无需一基底而保持一特定形状，如线状或膜状)，限制了其使用。 范守善等人于2002年提出一种制备碳纳米管绳的方法，请参见公告日为2008年8月20日的中国公告专利第CN100411979C号；于2005年提出一种制备碳纳米管丝的方法，请参见公开日为2007年6月20日的中国公开专利申请第CN1982209A号；于2007年提出一种制备碳纳米管薄膜结构的方法，请参见公开日为2008年8月13日的中国公开专利申请第CN101239712A号；于2007年提出一种碳纳米管薄膜的制备方法，请参见公开日为2008年12月3日的中国公开专利申请第CN101314464A号；于2007年提出一种碳纳米管薄膜的制备方法，请参见公开日为2007年4月13日的中国公开专利申请第CN101284662A号。该碳纳米管绳，碳纳米管丝或碳纳米管膜均为具有一自支撑特性的宏观碳纳米管结构。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种采用具有自支撑特性的碳纳米管结构作为模板制备纳米结构的方法。 —种，其包括以下步骤提供一至少部分悬空设置的碳纳米管结构；向该碳纳米管结构引入反应原料；以及引发反应原料进行反应，在该碳纳米管结构表面形成纳米结构。 —种金属氧化物，其包括以下步骤提供一悬空设置的碳纳米管结构；在该悬空设置的碳纳米管结构表面沉积一厚度为50纳米 100纳米的金属层；以及氧化该金属层，获得金属氧化物纳米结构。 相较于现有技术，由于该碳纳米管结构具有自支撑特性，可以至少部分悬空设置，所以采用该碳纳米管结构作为模板可以直接制备具有自支撑特性且至少部分悬空设置的纳米结构，且工艺简单，成本低廉。附图说明 图1为本专利技术的纳米结构制备方法的流程图。 图2为本专利技术中作为模板的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。 图3为图2中的碳纳米管拉膜中的碳纳米管片段的结构示意图。 图4为本专利技术中作为模板的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。 图5为本专利技术中作为模板的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。 图6为本专利技术中作为模板的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片，其中碳纳米管沿同一方向择优取向排列。 图7为本专利技术中作为模板的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片，其中碳纳米管沿不同方向择优取向排列。 图8为本专利技术中作为模板的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。 图9为本专利技术第一实施例的纳米结构制备工艺流程图。 图10为本专利技术第一实施例制备的沉积有钛层的碳纳米管结构的扫描电镜照片。 图11为本专利技术第一实施例制备的定向排列的二氧化钛纳米线的扫描电镜照片。 图12为本专利技术第一实施例制备的定向排列的二氧化钛纳米线的透射电镜照片。 图13为本专利技术第一实施例制备的定向排列的二氧化钛纳米线去除碳纳米管模板后的扫描电镜照片。 图14为本专利技术第二实施例的纳米结构制备工艺流程图。 图15为本专利技术第二实施例制备的交叉设置的二氧化钛纳米线的扫描电镜照片。 图16为本专利技术第三实施例的纳米结构制备工艺流程图。 图17为本专利技术第四实施例的纳米结构制备工艺流程图。具体实施例方式以下将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。请参阅图l，本专利技术提供一种，其包括以下步骤 步骤一，提供一碳纳米管结构。 该碳纳米管结构为一自支撑结构。所谓自支撑结构即该碳纳米管结构无需通 过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜，至 少一碳纳米管线状结构或其组合。当所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜时，该碳纳米 管膜可以共面设置或层叠设置。当所述碳纳米管结构仅包括一碳纳米管线状结构时，该碳 纳米管线状结构可以折叠或缠绕成一层状碳纳米管结构。当所述碳纳米管结构包括多个碳 纳米管线状结构时，该多个碳纳米管线状结构可以平行设置、交叉设置或编织成一层状碳 纳米管结构。当所述碳纳米管结构包括碳纳米管膜与碳纳米管线状结构时，可以将碳纳米 管线状结构设置于碳纳米管膜的至少一表面。由于该碳纳米管结构中的碳纳米管具有很好 的柔韧性，使得该碳纳米管结构具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。 所述碳纳米管膜包括多个均匀分布的 纳米管。所述碳纳米管有序或无序分布且 通过范德华力紧密结合。所述无序指碳纳米管的排列无规则，有序指至少多数碳纳米管的 排列方向具有一定规律。当碳纳米管膜包括无序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米结构的制备方法，其包括以下步骤：　　提供一至少部分悬空设置的碳纳米管结构；　　向该碳纳米管结构引入反应原料；以及　　引发反应原料进行反应，在该碳纳米管结构表面形成纳米结构。

【技术特征摘要】
一种纳米结构的制备方法，其包括以下步骤提供一至少部分悬空设置的碳纳米管结构；向该碳纳米管结构引入反应原料；以及引发反应原料进行反应，在该碳纳米管结构表面形成纳米结构。2. 如权利要求1所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多 个碳纳米管均匀分布组成层状结构。3. 如权利要求1所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至 少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其任意组合。4. 如权利要求3所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个 碳纳米管基本相互平行且平行于碳纳米管膜表面。5. 如权利要求4所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个 碳纳米管通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列。6. 如权利要求3所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个 碳纳米管相互缠绕。7. 如权利要求3所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线状结构包 括至少一碳纳米管线，所述碳纳米管线包括多个碳纳米管沿该碳纳米管线长度方向平行排 列或呈螺旋状排列。8. 如权利要求7所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线状结构包 括多个碳纳米管线基本相互并排组成束状结构或多个碳纳米管线相互缠绕组成绞线结构。9. 如权利要求3所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多 个碳纳米管线状结构相互平行设置、相互交叉设置或相互编织设置。10. 如权利要求1所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述至少部分悬空设置的 碳纳米管结构的制备方法包括以下步骤提供一支撑体；将该碳纳米管结构设置于该支撑 体表面，并通过该支撑体至少部分悬空设置。11. 如权利要求1所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述向该碳纳米管结构引 入反应原料的方法包括以下步骤在该碳纳米管结构表面形成一第一反应原料层；在该第 一反应原料层上形成一第二反应原料层，所述第一反应原料层与第二反应原料层的总厚度 为50纳米 200纳米。12. 如权利要求11所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述第一反应原料层为 金属层，第二反应原料层为硅层或金属层。13. 如权利要求1所述的纳米结构的制备方法，其特征在于，所述向该碳纳米管结构引 入反应原料的方法包括以下步骤在该碳纳米管结构表面形成一层厚度为50纳米 200纳 米的第一反应原料层；向该碳纳米管结构引入气态或液态的第二反应原料。14. 如权利要求13所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳平，温佳佳，程群峰，姜开利，李群庆，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]