[发明专利]一种基于氧化铝模板的单晶金属纳米线阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种高度有序的金属纳米线阵列的制备方法。

背景技术

据科学(Science 2006年，第314卷，18685页)介绍，图案化磁介质成为新一代高密度磁存储介质的发展方向。图案化磁介质(PMM)是由多个独立有序图案化磁单元有序排列而成。每个单元都有单轴各向异性，其各向异性易轴可以平行或垂直基片，每个单元可以存储1bit的信息位，磁化方向代表二进制的“0，1”状态。一般是将磁性的颗粒排列在非磁性的材料表上，形成周期性的量子阵列。采用图案化记录介质有两大好处：一是由于记录位是有单元的物理位置决定而不像在薄膜记录介质中是由磁化相反的两各区域的边界决定，这样消除了过度区域噪声；二是由于超顺磁极限是针对整个单元的体积和各向异性，而不是象薄膜记录介质那样针对每个晶粒的体积和颗粒的体积和各向异性，所以在PMM中每个bit的尺寸可以小到几个纳米，其理论存储密度可达到Tb/in²级。

纳米通讯(Nano Letter.，2003年，第3，913页)报道了一种是在氧化铝模板上电化学沉积磁性纳米线阵列的方法，但是由于电化学沉积工艺的问题无法制备出单晶磁性纳米线阵列，且电化学沉积方法复杂，不适合大规模生产。

目前在中国授权的专利主要包括清华大学的磁场诱导生长磁性一维纳米线阵列的制备方法(CN200410058085.5)；天津理工大学的一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法(CN200410019998.6)；北京理工大学通过一种磁性金属及合金一维纳米材料制备方法(CN200410101397.X)；南京大学铁-铁-钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料及制备研究所通过Fe粉和三价铁盐反应制备的四氧化三铁超细颗粒(CN200310103713.2)。

以上制备磁性纳米阵列的方法都是基于电化学沉积的方法，但是由于电化学沉积本身的缺陷，单晶纳米线无法完美的制备出来，而且电化学沉积法本身对参数的要求比较严格，工艺比较复杂，成本高。因此需要一种方法克服现有技术中的不足，提供高度有序的金属纳米阵列。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高度有序的金属纳米线阵列的制备方法，该方法通过使用易得的金属盐作为反应物在氧化铝模板内生长，制备由金属纳米线组装的具有明显的磁各向异性的纳米阵列，从而在相对较低的温度下大规模生产高度有序、孔径均一的单晶纳米线阵列。

因此，在第一个方面，本发明提供了一种单晶金属纳米线阵列的制备方法(此后简称为“本发明的方法”)，包括下列步骤：

1)去除氧化铝模板的阻碍层；

2)用对金属盐液惰性的遮挡材料遮挡步骤1)中获得的去除阻碍层的氧化铝模板的铝基底；

3)将步骤2)中获得的用所述遮挡材料遮挡铝基底的氧化铝模板放入反应釜中浸没在所述氧化铝模板的金属盐液中，密封并升温至100℃以上，并且在高于100℃的温度下保温不少于10小时；

其中所述金属为金属活动性在铝之后的金属或它们中任意两种以上形成的合金，所述金属盐液为对应金属或合金的易溶盐。

本发明的方法可以在无磁场的条件下或弱磁场条件下进行。

在第二个方面，本发明提供了通过本发明的方法制备的单晶金属纳米线阵列，所述金属为金属活动性在铝之后的金属或它们中任意两种以上形成的合金，优选选自铁、钴、铂、镍、锌、金、银和铜或它们任意两种以上的合金。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)通过本发明制备的单晶纳米线的阳极氧化铝模板(AAO，Anodic Aluminum Oxide Template)孔径在40nm-80nm范围内可调，周期在60nm-120nm可调，并且可以保证纳米阵列的磁各向异性，便于作为高密度磁存储介质使用。

(2)本发明由于采用在溶剂热条件下金属被氧化铝模板底层的铝还原，可在弱磁场下在120-180℃的较低温度下获得直径径可控的单晶纳米线组装的高度有序的纳米阵列。

(3)本发明利用较廉价的金属盐和氧化铝模板作为原料，以高压釜以及磁铁作为反应设备，工艺简单，溶液可循环适合于绿色工业化生产及使用；克服了现有方法在原料成本高，反应条件苛刻，工艺复杂，无法获得单晶纳米线阵列等方面的缺陷。

(4)本发明以残留铝作为还原剂，不用外加还原剂或施加电流可以制备金属活动性弱于铝的金属单质、氧化物和合金，具有广泛的适用性。

附图说明

图1是实施例1制备的产物的场发射扫描电子显微镜图。