模板法制备CuO分叉纳米线
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法纳米材料的制备方法多种多样，具体选择的方法取决于所需纳米材料的性质、应用需求以及实验条件等因素。
以下是几种常见的纳米材料制备方法：1.化学合成法：-溶液法：将适当的化学物质在溶剂中混合反应，控制反应条件如温度、pH值等，通过溶液中原子、离子或分子的自组装形成纳米结构。
常见的溶液法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、沉积法等。
-气相沉积法：将气态前驱物质通过化学反应沉积到基底表面，形成纳米结构。
气相沉积法包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等。
2.物理方法：-机械球磨法：通过机械力的作用使粉末颗粒在球磨罐中产生碰撞和摩擦，从而实现颗粒的细化和形态的改变，制备纳米颗粒或纳米结构。
-溅射法：利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材表面原子或分子脱落并沉积到基底表面，形成纳米薄膜或纳米结构。
3.生物合成法：-利用生物体内的生物合成过程，通过调控生物体的生理条件或添加适当的试剂，使生物体产生纳米材料。
常见的生物合成法包括植物合成、微生物合成等。
4.模板法：-利用模板的空间排列结构和特定的化学性质，将原料物质定向沉积或填充到模板孔道中，通过模板的模板效应制备纳米结构。
常见的模板法包括硅模板法、自组装模板法等。
5.激光法：-利用激光束对物质进行光照，控制激光的能量和焦点位置，使材料在局部区域发生化学或物理变化，形成纳米结构。
常见的激光法包括激光烧蚀、激光诱导化学气相沉积等。
这些制备方法各有特点，可以根据纳米材料的具体要求选择适合的方法进行制备。
同时，纳米材料的制备过程中需要注意控制反应条件、纯度和结构等关键因素，以确保制备得到高质量的纳米材料。
纳米压印模板的制备方法和制备过程
纳米压印模板的制备方法和制备过程
纳米压印模板的制备方法和制备过程如下：
制备方法：
1. 选择合适的模板材料：常用的模板材料包括玻璃片、硅片、石墨片等。
2. 进行表面处理：清洗模板材料的表面，去除杂质和污染物，可以使用溶剂或超声波等方法进行清洗。
3. 制备模板涂层：将纳米材料溶液涂覆到模板材料表面，可以使用旋涂法、喷涂法或浸涂法等方法。
4. 烘干和固化：将涂覆在模板表面的纳米材料进行烘干和固化，以使其形成均匀的膜层。
5. 纳米压印：将待压印的物质（例如聚合物、金属等）放置在纳米模板表面上，然后使用压印机或压力机施加适当的压力和温度进行压印，使物质与模板结合。
制备过程：
1. 准备玻璃片作为模板材料。
2. 清洗玻璃片表面，去除杂质和污染物。
3. 制备纳米材料溶液，如金属纳米颗粒溶液。
4. 使用旋涂法将纳米材料溶液涂覆在玻璃片表面。
5. 将涂覆的纳米材料进行烘干和固化。
6. 准备待压印的聚合物溶液。
7. 将聚合物溶液均匀涂布在纳米模板表面。
8. 将待压印的物质放置在聚合物溶液上。
9. 使用压印机或压力机施加适当的压力和温度进行压印。
10. 压印完成后，将压印的物质与模板分离，并进行后续处理。
模板法交流沉积金纳米线的影响因素
应 机 理 。发 现 同频 率 下 平 台 电 流值 不 变 ， 纳 米 线 的长 度 与 交 流 电压 大 小 成 正 比 ， 而 同 电压 下 沉 积 的 平 台 电流 与 交Байду номын сангаас流 电频 率成 正 比 ， 这 些 都 与 阻挡 层 的半 导 体 特 性 有 关 。
法在 模板 中沉 积制 备 金 属 和 电 传 导 聚 合 体 的 纳 米 阵 列 已 被 证 明 是 一 种 经 济 有 效 的 方 法 。 多 孑 Ｌ 氧 化 铝 （ ＡＡＯ） 模 板 具有 高度 有序 的 多孔结 构 ， 孑 Ｌ 径大 小均 一且 相互 平行 ， 而被 广泛 应 用 于纳 米 材料 的制备 。通 常 使 用直 流法 在 ＡＡＯ 模板 中沉 积需要 将 制备好 的模 板从 铝 基底 上剥 离 ， 去 除 阻挡层 、 溅射 金 属层 作 为 电极 后 再 进 行沉 积 ］ 。但 该过 程工 序复 杂 ， 耗 费 时间 ， 并且在 此 过程 中模板 易破 碎『 １ 引。对模 板进 行通 孔处 理 的原 因是
交 流 电沉积 在 ＡＡＯ 模板 中制 备金 属纳 米 阵列 已经屡 见不 鲜 ， 但 是在 交 流沉积 制备 金属 纳 米线 过 程 中 ， 阻挡 层 厚度 、 交流 电压 、 频 率等 因素 的影 响鲜 见报 道 。本 文 以使 用 交 流 电沉 积 在 自制 ＡＡＯ模 板 中制 备 金 纳 米 线 为 例， 利 用 扫描 电子 显微镜 、 透 射 电镜 、 能谱 、 ｘ 射线 衍射 等手 段对 制 得 的金 纳 米 线进 行 表 征 ， 系统 深 人 地 探讨 模
CuO纳米材料的制备及应用研究进展
CuO纳米材料的制备及应用研究进展逯亚飞;王成;叶明富;许立信;孔祥荣;万梅秀;诸荣孙【摘要】As an important p-type semieonduetor with a narrow band gap,eopper oxide( CuO)nanomate-rials have been widely applied in many flieds,sueh as supereonduetors,photoeatalysis,magnetie storage media,gas sensor,biomedieine,lithium-ion batteries and so on. Many CuO nanomaterials with different morphologies,sueh asnanowires,nanorods,nanobelts and nanoflowers,have been synthesized by the eom-mon strategies of thermal oxidation of eoppersheet,hydrothermal and wet ehemieal methods. The materials are drawing more and more attention due to its applieations,and some disadvantages in preperation should be improved.%CuO是一种重要的p型半导体材料，已经被广泛的应用于超导材料、催化剂、磁存储材料、气体传感器、生物医学和锂离子电池等领域。
各种形貌的CuO纳米材料，如纳米线、纳米棒、纳米带、纳米花等，已经通过铜的热氧化法、水热合成法和湿化学法等制备出来。
CuO纳米材料因其广泛的应用越来越受到人们的关注，与此同时，目前制备方面存在的问题也应该进行相应的改进。
模板法组装Ag纳米线阵列及其微结构
很难实现阵列化 。Ｈ 等采用模板法， ｕ７ Ｅ 】 用乙醛还
原制 备 出了 Ａ ｇ纳 米 线 ， 所 得 纳 米 线 发 生 大 面 但
本 电子公 司 。
１２ Ａ ． ｇ纳 米线 的制 备 在 Ａ Ｏ模 板的一 面溅射 一层金 膜作 为工作 电 Ａ
积 的团聚现 象 ， 制 了其 作 为 纳 米 电 子 器 件组 件 限 的使』 前 景 。徐 建 ＿ 等 采 用 水 热 合 成 法 制 备 出 ＿ ｉ ｊ ８ 】
新 的研 究 热 点 ， ｕ ［Ｊ 采 用 软 化 学 法 制 备 出 长 Ｓ ｎ６等
１ 实验 部 分
１ １ 主要 实验原 料和 仪器 ．
硝 酸银 、 酸镁 ： 析纯 ， 硫 分 市售 ； 片 ： 铂 市售 ； 阳 极 氧化 铝 膜 ： 板直 径 １ 模 ３ｍｍ， 厚 ６ ｍ， 膜 ０ 孔径
无章 ， 与理 想 的一 维 阵 列 结 构 有 一定 差 距 。孙 秀 玉 等 采 用 循 环 伏 安 法 制 备 出 了 Ａｇ纳 米线 阵
列 ， 由 于该 沉 积过程 中电场 的连续 变化 ， 但 电流正
负交 替 ， 使得 纳 米 线 的表 面 凹 凸 不平 ． 有 缺 陷 。 带 因此如何 制备 出排 列 整 齐 、 布 均 匀 的纳 米 线 阵 分
作 者采用 市 售 的 多孑 阳极 氧 化 铝 （ Ａ 作 Ｌ ห้องสมุดไป่ตู้ ０）
为模 板 ， 利用直 流 电沉 积 法 ， Ａ 把 ｇ纳 米线 组装 到
毕 后 用 超 声 波 震 荡 、 离 子 水 多 次 冲洗 样 品 ， 去 晾
Ａ ） Ａ（ 模板 的柱形 孔 洞 中 ， 备 出 了规 整 有 序 的一 制 维Ａ ｇ纳米 线阵 列 。使 用 扫描 电子 显微 镜 和透 射 电子显微镜 对 其亚微 观 形貌进 行 ｒ 征 。 表
银纳米线的制备和应用
传感器
银纳米线对气体、湿度等敏感， 可应用于传感器制造，如气体传
感器、湿度传感器等。
未来发展趋势
制备技术优化
进一步优化制备技术，提高银纳米线的产量、纯 度和形貌可控性。
应用领域拓展
探索银纳米线在新能源、环境保护等领域的应用， 发掘更多潜在应用价值。
安全性评估
加强银纳米线的生物安全性评估，为银纳米线的 广泛应用提供安全保障。
银纳米线的制备和应用
• 银纳米线的制备方法 • 银纳米线的应用领域 • 银纳米线的特性 • 银纳米线的研究进展 • 银纳米线的挑与前景
01
银纳米线的制备方法
物理法
01
02
03
激光脉冲法
通过激光脉冲在金属薄膜 上产生瞬时高温，使金属 熔化并形成纳米线。
真空蒸发法
在真空环境中，通过加热 金属丝或块体，使其蒸发 并凝结在基底上形成纳米 线。
电化学法
电镀法
在电解液中，通过电化学 反应使金属离子还原成金 属原子并沉积在电极上形 成纳米线。
电泳法
利用电场作用，使带电的 金属颗粒在电场中移动并 沉积在电极上形成纳米线。
电化学刻蚀法
在电场作用下，利用电解 液中的氧化剂将金属腐蚀 成纳米线结构。
02
银纳米线的应用领域
电子器件
总结词
银纳米线在电子器件领域具有广泛的应用前景，如导电线路 、透明电极等。
银纳米线与其他材料的兼容性较 差，限制了其在复合材料等领域 的应用。
生物安全性
银纳米线在生物体内的安全性尚 未得到充分验证，限制了其在生 物医学领域的应用。
环境影响
大规模制备和应用银纳米线可能 对环境造成一定影响，需要进一 步研究和评估。
纳米压印模板的制备方法和制备过程
纳米压印模板的制备方法和制备过程1. 简介纳米压印技术是一种将纳米级图案转移到基底上的方法，广泛应用于纳米电子学、光学、生物医学等领域。
纳米压印模板的制备是纳米压印技术的关键步骤之一，本文将介绍纳米压印模板的制备方法和具体制备过程。
2. 制备方法纳米压印模板的制备方法主要有两种：直接写入法和间接写入法。
2.1 直接写入法直接写入法是指通过电子束曝光或激光束曝光等直接将图案写入到模板材料上。
这种方法具有高分辨率和高精度的优点，适用于制备高质量的纳米压印模板。
2.1.1 电子束曝光法电子束曝光法是利用电子束照射模板材料表面，通过控制电子束的位置和强度来形成所需图案。
具体步骤如下： - 准备好待曝光的模板材料。
- 将模板材料放置在电子束曝光机中。
- 设计并输入图案信息到电子束曝光机中。
- 调整电子束的位置和强度，进行曝光。
- 完成曝光后，对模板材料进行显影、蚀刻等处理，得到最终的纳米压印模板。
2.1.2 激光束曝光法激光束曝光法是利用激光束照射模板材料表面，通过控制激光束的位置和强度来形成所需图案。
具体步骤如下： - 准备好待曝光的模板材料。
- 将模板材料放置在激光束曝光机中。
- 设计并输入图案信息到激光束曝光机中。
- 调整激光束的位置和强度，进行曝光。
- 完成曝光后，对模板材料进行显影、蚀刻等处理，得到最终的纳米压印模板。
2.2 间接写入法间接写入法是指通过制备一个原始模板，然后利用该原始模板制备出多个复制品作为纳米压印模板。
这种方法适用于大面积生产，并且可以降低制备成本。
2.2.1 纳米球自组装法纳米球自组装法是利用纳米颗粒在表面张力作用下自行排列成有序结构的方法。
具体步骤如下： - 准备好基底材料。
- 在基底上涂覆一层可溶于溶剂的聚合物薄膜。
- 将纳米颗粒悬浮液滴在聚合物薄膜上，使其自行排列成有序结构。
- 固化聚合物薄膜，形成原始模板。
- 利用原始模板制备出多个复制品作为纳米压印模板。
纳米材料制备实验技术常见问题解决方法
纳米材料制备实验技术常见问题解决方法随着纳米科学的迅猛发展，纳米材料制备实验技术在各个领域都得到了广泛应用。
然而，纳米材料制备过程中常会遇到一些问题，而这些问题往往对纳米材料的质量和性能有着直接的影响。
本文将针对纳米材料制备实验技术常见的问题，提供一些解决方法。
问题一：纳米材料的尺寸控制不准确纳米材料的尺寸控制是纳米科技的关键之一。
但在制备实验过程中，尺寸分布通常并不均匀，存在一定的偏差。
为解决这一问题，可以采取以下措施：1. 优化反应条件：尺寸的控制与反应条件密切相关。
通过调整反应温度、反应时间以及添加剂等手段，可以改变反应速率和物质浓度等参数，从而获得更加准确的尺寸控制。
2. 选择适当的模板：在制备过程中，采用模板法可以有效控制纳米材料的尺寸。
根据所需尺寸的大小范围，选择适当的模板进行调控，以获得所需尺寸的纳米材料。
3. 精细调节添加剂：添加剂在纳米材料制备中起着重要的作用。
根据不同的纳米材料类型和制备方法，可以根据需要添加不同的添加剂，从而精细调节纳米材料的尺寸。
问题二：纳米材料的形貌不均匀纳米材料的形貌对其性能有着重要的影响。
如果形貌不均匀，会导致材料性能的波动。
为解决这一问题，可以采取以下措施：1. 选择合适的制备方法：不同的纳米材料制备方法，会得到不同形貌的纳米材料。
例如，溶液法制备的纳米材料往往具有均匀的球形形貌，而物理气相法制备的纳米材料则更容易呈现棒状或片状形貌。
因此，在选择制备方法时，应根据需要的形貌进行合理选择。
2. 添加形貌调控剂：形貌调控剂在纳米材料制备中起到非常重要的作用，可以通过调节形貌调控剂的浓度和种类来控制纳米材料的形貌。
例如，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等高分子化合物可以作为形貌调控剂，通过与纳米颗粒表面发生相互作用，调控纳米材料的形貌。
3. 表面修饰：纳米材料表面的修饰也是获得均匀形貌的重要手段。
通过在纳米材料表面修饰一层均匀的修饰剂，可以平均分布在纳米颗粒表面，从而改善纳米材料的形貌均匀性。
模板法制备中空结构材料的研究进展
模板法制备中空结构材料的研究进展中空结构材料作为一种具有优异性能的新型材料，在许多领域都具有广泛的应用前景。
本文将综述中空结构材料的制备方法以及研究进展，旨在为相关领域的研究提供参考。
中空结构材料的制备方法主要包括模板法、气胀法、自组装法和复合法等。
其中，模板法是最常用的制备方法之一。
模板法是一种通过在基底上沉积或生长材料，形成中空结构的方法。
该方法的优点在于可控制备中空结构材料的形状、大小和壁厚等，同时可实现批量生产。
然而，模板法的缺点是成本较高，且对环境造成一定污染。
气胀法是通过气体的膨胀来制备中空结构材料的方法。
该方法具有简单、快捷、节能等优点，适用于制备大面积的中空结构材料。
但是，气胀法的缺点是难以控制中空结构的形状和尺寸，且需要使用高温高压设备。
自组装法是通过分子自组装来制备中空结构材料的方法。
该方法的优点在于可控制备中空结构的形状和大小，同时具有较高的生产效率。
然而，自组装法的缺点是需要使用昂贵的设备和原料，且制备条件较为严格。
复合法则是一种通过结合多种方法来制备中空结构材料的方法。
该方法具有灵活性和可调性，可以克服单一方法的不足，制备出综合性能更优的中空结构材料。
但是，复合法的缺点是制备过程较为复杂，且需要掌握多种制备技术的操作技巧。
中空结构材料在各领域都有广泛的应用，如能源、环保、生物医学等。
其中，能源领域对中空结构材料的需求量最大，尤其在储能和能源转化方面，中空结构材料的性能发挥着至关重要的作用。
在环保领域，中空结构材料可以作为吸附剂和催化剂载体，用于处理和转化有害物质，提高环境质量。
在生物医学领域，中空结构材料可以作为药物载体和组织工程支架，实现药物的定向传输和组织的再生修复。
目前，中空结构材料的研究主要集中在优化制备方法、提高性能和拓展应用领域等方面。
在优化制备方法方面，研究者们致力于开发低成本、环保的制备工艺，提高制备效率和降低成本。
在提高性能方面，研究者们通过调控中空结构的形状、尺寸和壁厚等因素，优化中空结构材料的性能。
阳极氧化铝模板法可控制备金属纳米线和纳米管阵列的生长机制
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模板法制备CuO分叉纳米线3于冬亮1,2,卞正炜3,都有为1(1.南京大学物理系固体微结构国家重点实验室,江苏南京210093;2.江苏教育学院物理系,江苏南京210013;3.江苏教育学院化学系,江苏南京210013)摘 要: 通过3次阳极氧化制备具有分叉结构的氧化铝模板,在氧化铝模板的纳米孔洞中,用电化学方法沉积铜纳米线,经过500℃、30h氧化处理,成功制备出具有分叉结构的CuO纳米线。
分别用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品的形貌和晶体结构进行了表征测试。
SEM观察结果氧化铝模板的纳米孔洞相互平行、分布均匀,枝干的孔心距约为120nm,枝叉的孔心距约为70nm。
TEM观察显示纳米线各部分粗细均匀。
样品的XRD分析表明分叉纳米线阵列的晶体结构为CuO。
关键词: 阳极氧化;CuO;分叉纳米线中图分类号: TN304.0文献标识码:A 文章编号:100129731(2009)08213952031 引 言随着纳米材料科学的发展,一维纳米线的制备与研究引起了人们的广泛关注。
制备纳米线的方法很多,模板法是比较常用的一种方法:首先制备具有纳米孔洞的模板,然后利用电化学沉积或气相沉积等方法在纳米孔洞中生长出纳米线。
现在一般利用的模板有高分子模板[1]、云母模板[2]和氧化铝模板[3]。
由于氧化铝模板的制备相对比较容易,并且还可以根据需要调节孔心距和孔洞的大小,所以利用氧化铝模板制备纳米线已经成为一个研究热点[4]。
CuO是一种窄带隙半导体氧化物,作为催化剂、化学电池、热敏和光敏材料得到了广泛的研究[5～9]。
近年来的研究发现纳米尺寸的CuO材料具有不同于大块材料的持殊性质,例如利用紫外2可见吸收光谱研究发现CuO纳米微粒的带隙(E g=2.18eV)比其块材(E g=1.85eV)大[10],引起了科学家们的浓厚兴趣,用各种方法制备一维CuO 纳米材料:热蒸发制备CuO纳米线[11];热分解Cu2C2O4制备CuO纳米棒[12];在聚碳酸酯模板中合成CuO纳米纤维[13];研究CuO纳米带的场发射[14];制备CuO纳米纤维场效应管[15]。
用纳米线制备半导体材料和器件,纳米线的交叉连接是不可避免的,人们已经制备了具有分叉枝结构的碳纳米管[16,17]。
我们利用阳极氧化的方法制备具有分叉结构的氧化铝模板,用电化学的方法在氧化铝模板的微孔内沉积铜纳米线,经过500℃30h退火处理,成功制备出具有分叉结构的CuO纳米线。
2 实 验通过3次阳极氧化制备具有分叉结构的氧化铝模板。
用乙醇和丙酮的混合液将纯度为99.99%的铝片的表面清洗干净,在空气中500℃退火5h备用,配制0.3mol/L的C2H2O4电解液。
第一次阳极氧化是将清洗干净的铝片用电解液进行阳极氧化1h,阳极氧化的电压是直流44V,温度保持在17℃,然后用含60g/L 的H3PO4和18g/L的H2CrO4清洗液,在60℃下清洗样品30min,再用蒸馏水冲洗干净;进行第二次阳极氧化,实验条件与第一次相同,时间为2.5h,制成具有纳米孔洞的氧化铝模板。
将模板放入30℃0.3mol/L 的H3PO4腐蚀液中,去除模板微孔底部的阻挡层,时间为30min。
接着进行第3次阳极氧化,用0.3mol/L 的H2SO4电解液阳极氧化2h,电压是直流24V,温度保持在0℃,这样便制成了具有分叉结构的纳米孔洞氧化铝模板。
为了制备CuO纳米线,先在具有分叉结构的氧化铝模板的微孔中沉积铜纳米线。
所用电解液为CuSO4・5H2O0.4mol/L,H2SO41.0mol/L(乙撑硫脲、聚二硫二丙烷磺酸钠、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠等添加剂适量)。
利用模板底部没有被氧化的1层铝作为阴极,用铜块作为阳极,采用二电极恒电位法电沉积铜纳米线,由于电沉积过程中析出的铜相对于溶液中的铜离子是很少的,所以忽略沉积过程中电解液离子浓度的变化。
工作电压为直流0.4V,时间为8min,环境温度保持在25℃。
为了防止在去除氧化铝模板的铝基底的过程中微孔里的铜纳米线与溶液反应,先将沉积了铜纳米线的氧化铝模板的正面涂上一层玻璃胶,使模板内的铜纳米线与外界隔开;然后将其放入CuCl2・2H2O0.4mol/L的溶液中,当样品上的铝反应完成以后,再将其放入三氯甲烷中,把玻璃胶溶解掉,得到具有分叉结构的铜纳米线阵列膜样品。
在空气中对样品进行退火处理后,就制成了具有分叉结构的氧化铜纳米线阵列膜。
5931于冬亮等:模板法制备CuO分叉纳米线3基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2500CB623605)收到初稿日期:2009201212收到修改稿日期:2009204207 通讯作者:于冬亮作者简介:于冬亮 (1954-),江苏海安人,副教授,师承都有为院士,从事纳米材料的研究。
利用扫描电子显微镜(SEM Hitachi X 2650)、透射电子显微镜(TEM Hitachi 22000)对具有分叉结构的氧化铝模板和CuO 纳米线的表面形貌进行了观察,利用X 射线衍射仪(XRDD/max 2rA )分析了氧化铜纳米线阵列的晶体结构。
3 结果与讨论图1是氧化铝模板侧面的SEM 照片。
从图1中可以看出氧化铝模板的纳米孔洞互相平行,分布均匀,没有分叉部分(图1中的上面部分)的微孔的孔心距约为120nm ,分叉部分(图1中的下面部分)的微孔的孔心距约为70nm 。
模板的结构取决于制备条件,在一定范围内,模板的孔心距与阳极氧化的电压成正比,在图1中上面部分的孔洞的孔心距与第2次阳极氧化的电压成正比,图1中下面部分分叉微孔的孔心距与第3次阳极氧化的电压成正比。
第2次阳极氧化与第3次阳极氧化分别选择草酸和硫酸电解液是按照孔心距的要求选择的,各部分微孔的长度随各部分阳极氧化时间的延长而增加。
阳极氧化的速度和质量与电解液的浓度和环境温度有着比较密切的关系。
在一定范围内,阳极氧化的速度与电解液的浓度和环境温度成正比,但在每一次的阳极氧化过程中必须保持环境温度稳定,控制阳极氧化的条件可以获得不同规格的氧化铝模板。
图1 氧化铝模板的侧面SEM 照片Fig 1SEM p hotograp h of a cross 2section of AAO 为了便于用TEM 观察具有分叉结构的CuO 纳米线的形貌,把CuO 纳米线阵列膜放入1.0mol/L 的NaO H 溶液中,当氧化铝模板被溶解以后,再将其进行离心清洗,最后解离到铜网上。
图2显示的是CuO 分叉纳米线的TEM 照片,黑色区域为纳米线。
可以看出纳米线的结构均匀、致密、侧面平整,枝干和叉枝的直径比较接近,约为60nm 。
CuO 分叉纳米线各部分的的长度取决于铜纳米线各部分的长度,而铜纳米线的长度又依赖于模板中各部分孔洞的长度。
由于在电化学沉积过程中是利用阳极氧化时剩余的铝作为阴极,所以铜纳米线只能从微孔的底部开始沉积并限制在微孔内,控制沉积时间可以控制所形成的纳米线枝干的长度。
当沉积的纳米线到达氧化铝模板孔洞的顶部后,再延长沉积时间只能在模板上形成一层铜膜。
在一定范围内,铜的沉积速度与沉积时的工作电压和环境温度成正比,但过快的沉积速度往往得不到好的沉积效果。
铜纳米线的致密程度与电解液的配制有着密切的关系。
我们采用络合物电解液,加上选择适当的电流密度,取得了较好的沉积效果。
图2 CuO 分叉纳米线的TEM 照片Fig 2Morp hology of a branched CuO nanowire 要制备具有分叉结构的CuO 纳米线,对具有分叉结构的铜纳米线阵列膜进行氧化处理是一个重要的步骤,寻找合适的退火温度和退火时间是关键,退火温度低了不能完全形成CuO 的相;温度太高,一方面会使氧化铝模板也同时晶化[18],给TEM 和XRD 分析带来困难,另一方面也会使铜纳米线有所蒸发,甚至得不到完整的CuO 纳米线。
经过多次实验摸索,我们发现铜纳米线阵列膜在450℃退火30h ,X 射线衍射谱中没有Cu 的峰,出现了比较多的CuO 的峰和少数Cu 2O 的峰;提高退火温度到500℃保持30h 后自然冷却,样品的X 射线衍射谱中所有衍射峰都是CuO 的相,如图3所示。
整个氧化过程都是在空气中进行的。
图3 样品的X 射线衍射谱Fig 3XRD pattern of t he branched CuO nanowire ar 2ray4 结 论通过三步阳极氧化制备具有分叉结构的多孔氧化铝模板,用电化学的方法在氧化铝模板的纳米孔洞中沉积铜纳米线,经过500℃、30h 退火处理,制备出CuO 分叉纳米线阵列。
各种规格的CuO 纳米线有望在微电子设计[19]、微量气体传感器、场致发射显示、环保催化剂和太阳能电池[20]等方面得到实际的应用。
致 谢:江苏教育学院科研“十五”规划课题的资助。
6931 2009年第8期(40)卷参考文献:[1] Park M ,Harrison C ,Chaikin P ,et al.[J ].Science ,1997,276:1401.[2] Whitney T M ,Jiang J S ,Searson P C ,et al.[J ].Science ,1993,261:1316.[3] Furneaux R C ,Rigby W R ,Davidson A P.[J ].Nature ,1989,337:147.[4] Liu C H ,Y iu W C ,Au F C K ,et al.[J ].Appl Phys Lett ,2003,83:3168.[5] Reitz J B ,Solomon E I.[J ].J Am Chem Soc ,2002,120:11467.[6] Lanza F ,Feduzi R ,Fuger J.[J ].J Mater ,1990,5:1739.[7] Poizot P ,Laruelle S ,Dupont L ,et al.[J ].Nature (Lon 2don ),2000,407:496.[8] Afify H H ,Demian S E ,Helal M A ,et al.[J ].Indian JPure Appl Phys ,1999,37:379.[9] Nair M T S ,Guerrero L ,Arenas O L ,et al.[J ].Appl SurfSci ,1999,150:143.[10] Kumar R V ,Diamant Y ,Gedanken A.[J ].Chem Mater ,2000,12:2301.[11] Huang L S ,Yang S G ,Li T ,et al.[J ].J Cryst Growth ,2004,260:130.[12] Xu C K ,Liu Y K ,Xu G D ,et al.[J ].Mater Res Bull ,2002,37:2365.[13] Hsieh C T ,Chen J M ,Lin H H ,et al.[J ].Appl PhysLett ,2003,82:3316.[14] Chen J un ,Huang N Y ,Deng S Z ,et al.[J ].Appl PhysLett ,2005,86:151107.[15] Wu Hui ,Lin Dandan ,Pan Wei.[J ].Appl Phys Lett ,2006,89:133125.[16] Li Jing ,Papadopoulos C ,Xu J.[J ].Nature ,1999,402:253.[17] Papadopoulos C ,Y in A J ,Xu J M.[J ].Appl Phys Lett ,2004,85(10):1769.[18] Yang S G ,Li T ,Huang L S ,et al.[J ].Phys Lett A ,2003,318:440.[19] Zhang K ,Rossi C ,Ardila Rodriguez G A.[J ].Appl PhysLett ,2007,91:113117.[20] Sambandam A ,Wen Xiaogang ,Yang Shihe ,et al.[J ].Materials Chemistry and Physics ,2005,93:35.T emplating preparation of branched CuO nanowiresYU Dong 2liang 1,2,BIAN Zheng 2wei 3,DU Y ou 2wei 1(1.National Laboratory of Solid State Microst ruct ures ,Depart ment of Physics ,Nanjing U niversity ,Nanjing 210093China ;2.Physics Depart ment of Jiangsu Instit ute of Education ,Nanjing 210013,China ;3.Chemist ry Depart ment of Jiangsu Instit ute of Education ,Nanjing 210013,China )Abstract :U sing elect rochemistry met hod ,we embeded copper nanowires in branched anodic aluminum oxide (AAO )membranes wit h nanoholes ,which were fabricated in oxalic acid and sulf uric acid at a constant voltage.Then branched CuO nanowire arrays had been p repared successf ully after being oxided t hirty hours in 500℃.Scanning elect ron micro scopy (SEM )st udies showed t hat t he nanohole in AAO membranes were parallel in sym 2met rical dist ribution.There are 120nm between t he t runks and 70nm between t he branches.Transmissio n elec 2t ron micro scopy (TEM )showed t he nanowires have app roximate diameter in t he same part.X 2ray diff raction (XRD )patterns confirmed t he branched nanowire arrays had CuO p hase.K ey w ords :anodic oxidation ;CuO;branched nanowires7931于冬亮等:模板法制备CuO 分叉纳米线。