[发明专利]一种单根纳米线或阵列式纳米线的生长制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米线或纳米点阵的生长制备方法，具体地说是涉及一种将模板法和微加工技术结合起来的、纳米线或纳米点阵的可控制的生长制备方法。

背景技术

高度取向的纳米阵列是以纳米颗粒、纳米线、纳米管为基本单元，采用物理和化学等方法在二维或三维空间构筑的纳米体系，是一种广为使用的新型材料。在现有的诸多制备纳米阵列材料的方法中，模板法通过模板的限制功能可获得更加均匀一致的纳米线和纳米点阵，从而倍受欢迎。

传统的模板法包括碳纳米管模板法、氧化铝模板法、聚合物模板法、微加工技术、生物分子模板法等。其中，较为常用的是氧化铝模板法，该方法是将高纯铝片在酸溶液中通电进行阳极氧化，形成多孔通道，然后在多孔通道中沉积不同材料。该方法制备工艺简单，成本低廉，而且得到的纳米材料的孔径大小均匀可调，还可通过改变模板内被组装物质的成分和纳米颗粒的比例来调节纳米结构材料的性能，更有利于纳米材料在实际中的应用。但这种方法通常用于大面积制备纳米材料，不能实现在模板中区域性选择制备纳米材料。

微加工技术是对材料进行功能结构尺寸在微米或纳米范围内加工的技术。运用微加工技术可以实现区域性选择制备的功能，但是这种方法也存在很多技术上的局限性，其不能加工较小尺寸(＜5nm)的图形，该方法加工的深度有限制，而且刻蚀的孔呈锥形，无法得到均匀一致的纳米通道。

发明内容

本发明的目的在于克服使用现有模板法制备纳米材料不能实现在模板中区域性选择制备纳米材料，而使用微加工技术不能加工较小尺寸的图形，且加工的深度有限制，刻蚀的孔呈锥形，无法得到均匀一致的纳米通道缺陷，从而提供一种可以精确控制纳米线和纳米点数量、大小、形状、空间分布的纳米线或纳米点阵的生长制备方法。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供一种单根纳米线或阵列式纳米线的生长制备方法，将模板法和微加工技术结合起来，形成所需形状、大小、位置的纳米通道，然后在纳米通道内生长纳米线或者纳米点阵，具体包括如下步骤：

1)制备母板，然后通过电化学氧化法，在铝或铝合金表面形成具有各种孔径及孔深的氧化铝母板；

所述的氧化铝母板的制备方法，如文献1：Adv.Mater.189(13)，2001 HidekiMasuda，Hidetaka Asoh，Mitsuo Watanabe，Kazuyuki Nishio，Masashi Nakao，and ToshiakiTamamura，Square and Triangular Nanohole Array Architectures in Anodic Alumina中所述，先在单晶铝或铝合金表面形成压痕，然后进行电化学氧化，在单晶铝或铝合金表面形成了一端开口、另一端封闭的多孔氧化铝膜，封闭端的氧化铝层称为障壁层；

在单晶铝或铝合金表面形成压痕的方法有两种：

方法一：根据需要，在碳化硅、金刚石等硬质材料的表面制备出所需大小、形状(如椭圆形、四边形或三角形等)的凸起——纳米柱，然后用此带有凸起的硬质材料通过机械压力的方式在单晶铝或铝合金表面形成压痕；

方法二：在单晶铝表面铺上一层光刻胶(如PPMA等)，利用电子束曝光方式(EBL)在单晶铝表面直接做出所需尺寸、形状的图形，然后在离子束下刻蚀，从而在单晶铝表面留下印痕；

所述的氧化铝母板的制备方法也可以如文献1中所述，将单晶铝首先放在真空中退火，然后直接进行电化学氧化，形成一端开口、另一端封闭的多孔氧化铝膜；

所述的电化学氧化法的具体方法如下：根据所需图形的距离大小和形状选择酸液和电压，在0～25℃氧化0～100h，得到多孔氧化铝膜，其中障壁层的厚度为几～几百纳米；

使用0.5～2mol/L的硫酸和1～25 V电压可获得30nm以下的通道；

使用0.3～1mol/L的草酸和30～100V电压可获得30～100nm的通道；

使用0.2～2mol/L的磷酸和60～500V电压可获得100nm以上的通道；

上述经电化学氧化得到的多孔氧化铝膜还可以进一步使用扩孔的方式来增加孔径，即将氧化好的氧化铝模板于0.5～15wt％磷酸中浸泡0～60min；

2)经由步骤1)得到表面开口、背部有氧化铝障壁层的氧化铝模板，然后利用微加工技术将所需位置的障壁层刻透，形成所需形状、大小、位置的单根或阵列式纳米通道；

所述的微加工工艺包括紫外光曝光法、离子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀(FIB)和化学反应刻蚀等；