本發(fā)明涉及一種雙極金屬納米線及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，自推動(dòng)微型、納米器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用已經(jīng)引起了科學(xué)界的極大興趣。其中，最吸引大家的是基于過氧化氫燃料催化分解為氧氣和水而自推進(jìn)的雙極金屬納米線（如金/鉑或au/ni）馬達(dá)。通過自主運(yùn)輸而不是壓力或電驅(qū)動(dòng)下的液體流來調(diào)控這些納米線在微流體通道內(nèi)的運(yùn)輸和傳導(dǎo)，是設(shè)計(jì)集成微納器件的一個(gè)關(guān)鍵步驟。雙極納米線的一些優(yōu)異性質(zhì)如傳輸速度快、易于功能化等，使它們在納米馬達(dá)上有著廣泛的應(yīng)用。sen研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境中的過氧化氫燃料催化分解為氧氣和水時(shí)，au/pt和au/ni雙極納米線具有自驅(qū)動(dòng)功能，在軸向方向的自主運(yùn)動(dòng)速度可大大提高達(dá)到10μm/s。美國亞利桑那州立大學(xué)wang的研究組把雙極納米線au/pt的pt端固定在碳納米管（cnt）上，該au/pt-cnt納米馬達(dá)的速度達(dá)到了42.8μm/s，并且他們發(fā)現(xiàn)這些納米馬達(dá)能夠承載著某些分子在微通道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)沿著既定的路徑前進(jìn)。這一性質(zhì)對(duì)納米馬達(dá)到微流體網(wǎng)絡(luò)的集成有著至關(guān)重要的作用，對(duì)靶向給藥、流動(dòng)傳感器等器件的制備提供了可能。雙極納米線為微觀尺度物質(zhì)的運(yùn)輸和傳導(dǎo)的可調(diào)控性變成現(xiàn)實(shí)提供了可能。納米線的制備方法有電子束平版印刷術(shù)、激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積法(cvd)、熱氣相沉積法、模板法等。但這些方法一般比較復(fù)雜，成本相對(duì)較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種雙極金屬納米線及其制備方法，既簡單成本又非常低。

本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種雙極金屬納米線的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，在核徑跡高分子薄膜材料上制備出納米孔，形成帶納米孔的高分子薄膜；

步驟2，在所述高分子薄膜的一側(cè)面上鍍上一層金，形成鍍金模板；

步驟3，將所述鍍金模板放入電解槽內(nèi)，用兩種不同的金屬電化學(xué)沉積溶液對(duì)所述高分子薄膜進(jìn)行電化學(xué)沉積，以將兩種金屬填充至所述鍍金模板的高分子薄膜上的納米孔內(nèi)形成納米線；

步驟4，將所述鍍金模板上的高分子薄膜材料溶解，即獲得雙極金屬納米線。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1中，所述核徑跡高分子薄膜材料至少為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯(pc)、聚酰亞胺（pi）中的至少一種。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1中，采用重離子徑跡刻蝕方法在核徑跡高分子薄膜材料上制備出納米孔。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2中，所述高分子薄膜一側(cè)面上所鍍金層厚度為50nm。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3中，將所述鍍金模板放入電解槽內(nèi)，用金屬ag和cu對(duì)所述高分子薄膜進(jìn)行電化學(xué)沉積，以將ag和cu兩種金屬填充至所述鍍金模板的高分子薄膜上的納米孔內(nèi)形成ag/cu雙極金屬納米線；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3中，將所述鍍金模板放入電解槽內(nèi)，所述高分子薄膜鍍金一側(cè)為陰極。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3中，首先對(duì)銀進(jìn)行沉積，沉積過程中，電解槽的陰極為阻值18.2mω﹒cm的去離子水，陽極為18g/lagno3，120g/lc6h5na3o7?2h2o，40g/lc4h4o6kna?4h2o，60g/lna2so3溶液，銀電極為陽極，電壓在0.1～0.3v范圍內(nèi)，沉積電流密度小于0.5ma/cm²；然后對(duì)銅極沉積過程中，電解槽的陰極為阻值18.2mω﹒cm的去離子水，陽極為0.25mol/lcuso4，2mol/lh2so4，銅電極作為陽極，沉積電壓在0.1～0.3v范圍內(nèi)，沉積電流密度小于0.5ma/cm²。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3中，將所述鍍金模板上的高分子薄膜材料溶解，溶解方法包括有機(jī)溶劑和反應(yīng)離子刻蝕法中的任一種。

本發(fā)明還提供一種采用如上所述的極金屬納米線的制備方法獲得的金屬雙極納米線。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用電化學(xué)沉積的方法，在高分子多聚物模板上制備出雙極金屬納米線。該方法以具有納米孔徑的多孔材料作為陰極，利用物質(zhì)在陰極的電化學(xué)還原反應(yīng)使材料在溶液中定向移動(dòng)，從而進(jìn)入納米孔道，并通過模板的孔壁形狀和尺寸的控制，并可很據(jù)沉積過程中電流變化，在相應(yīng)的沉積階段控制納米線中不同金屬的生長，調(diào)控納米線中兩極部分的長度。利用有機(jī)溶劑或反應(yīng)離子刻蝕法溶解高分子多聚物模板，釋放出納米線。該方法得到的雙極金屬納米線分別通過掃描電子顯微鏡(sem)和能譜分析(edx)進(jìn)行表征。該發(fā)明中，重離子徑跡刻蝕方法制備出的孔徑均一，且連續(xù)可控，所以制備得到的納米線孔徑可精確調(diào)控且均一性好；并且模板非常易于用有機(jī)溶劑溶解將這些納米線釋放到溶液中去，且溶解的比較徹底，易于制作納米線懸浮液，而有機(jī)溶劑不會(huì)與納米線相互反應(yīng)從而對(duì)納米線造成損傷；這種徑跡刻蝕模板可以通過改變刻蝕條件來調(diào)制孔型，得到不同形狀的納米孔(如錐形)，從而可以制備出更多特殊形狀的納米線。電化學(xué)沉積技術(shù)操作簡單，易于控制，根據(jù)沉積過程中電流的變化即可控制納米線中不同金屬部分的生長。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的制備方法非常簡單且成本較低，非常適合用來制備金屬納米線。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1中納米柱孔的掃描電鏡圖，a為俯視圖，b為剖面圖。

圖2是實(shí)施例1中ag/cu雙極金屬納米線的掃描電鏡圖。

圖3是實(shí)施例1中ag/cu雙極金屬納米線的edx元素分析圖譜。

圖4是實(shí)施例2中納米柱孔的掃描電鏡圖。

圖5是實(shí)施例2中ag/cu雙極金屬納米線的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑而得。

實(shí)施例1：

用化學(xué)刻蝕方法在自行輻照過的pc材料上制備出柱形納米核孔，形成帶納米孔的高分子薄膜，圖1是納米柱孔的掃描電鏡圖片。然后在高分子薄膜的一側(cè)面上鍍上一層金（鍍金層厚度為50nm），形成鍍金模板。

然后用電化學(xué)沉積的方法來制備ag、cu雙極金屬納米線：將鍍金模板放入電解槽內(nèi)，用兩種不同的金屬ag、cu電化學(xué)沉積溶液對(duì)高分子薄膜進(jìn)行電化學(xué)沉積，以將兩種金屬填充至鍍金模板的高分子薄膜上的納米孔內(nèi)形成納米線。其中，高分子薄膜鍍金一側(cè)為陰極，首先對(duì)銀進(jìn)行沉積，沉積過程中，電解槽的陰極為阻值18.2mω﹒cm的去離子水，陽極為18g/lagno3，120g/lc6h5na3o7?2h2o，40g/lc4h4o6kna?4h2o，60g/lna2so3溶液，銀電極為陽極，電壓在0.1～0.3v范圍內(nèi)，沉積電流密度小于0.5ma/cm2；然后對(duì)銅極沉積過程中，電解槽的陰極為阻值18.2mω﹒cm的去離子水，陽極為0.25mol/lcuso4，2mol/lh2so4，銅電極作為陽極，沉積電壓在0.1～0.3v范圍內(nèi)，沉積電流密度小于0.5ma/cm²。沉積過程中根據(jù)電流變化，可以在相應(yīng)的沉積階段控制納米線中ag和cu的生長，調(diào)控納米線中銀、銅納米線部分的長度。

雙極納米線制備完成后，用二氯甲烷試劑對(duì)含有納米線的pc模板進(jìn)行溶解，即可制備得到本發(fā)明提供的雙極金屬納米線。

用掃描電子顯微鏡(sem)對(duì)制備好的ag/cu雙極金屬納米線的形貌進(jìn)行表征。如圖2所示得到的納米線直徑、長度比較均勻，并且每根納米線均是由兩段不同成分組成，ag納米線部分可清楚的觀察到。

用能譜分析(edx)納米線的成分進(jìn)行檢測，圖4是納米線的edx元素分析圖譜。在圖中只觀察到了ag、cu兩種元素相對(duì)應(yīng)的吸收峰，元素分析結(jié)果也表明ag/cu雙極納米線的制備是成功的。

實(shí)施例2：

用化學(xué)刻蝕方法在商用pc材料上制備出柱形納米核孔，圖4是納米柱孔的掃描電鏡圖片。從圖中可以看出孔道與模板表面不垂直，排列不太整齊。然后用電化學(xué)沉積的方法來制備ag、cu雙極金屬納米線,沉積過程中根據(jù)電流變化，可以在相應(yīng)的沉積階段控制納米線中ag和cu的生長，調(diào)控納米線中銀、銅納米線部分的長度。雙極納米線制備完成后，用二氯甲烷試劑對(duì)含有納米線的pc模板進(jìn)行溶解，即可制備得到本發(fā)明提供的雙極金屬納米線。

用掃描電子顯微鏡(sem)對(duì)制備好的ag/cu雙極金屬納米線的形貌進(jìn)行表征，結(jié)果如圖5所示。所得納米線長度和孔徑比較均勻、表面也較光滑，并且每根納米線均是由兩段不同成分組成，ag納米線部分可清楚的觀察到。