[发明专利]一种以ZnO纳米棒阵列为模板制备一维自组装材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种在目标基底上以氧化锌为模板直接制备具有规则几何外形的自组装功能材料的方法。

背景技术

自组装是指基本结构单元分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质自发形成有序结构的一种技术，以获得各种尺度且具有规则几何外观的纳米材料聚集体，并期望能实现不同于单体的优异物理、化学性质。以纳米材料为单元将其自组装为各种分级有序结构是近年来刚刚兴起的研究热点，纳米尺度是介于宏观物体与微观分子之间的介观层次，具有超乎寻常的光学，电学，磁学，力学的性质。

一维纳米材料表现出许多优异而独特的性质，比如超强的机械强度，更高的发光效率，增强的热电性能等，对其的研究是纳米科技领域中一个十分活跃的领域。将一维纳米材料组装为具有特定几何形貌的聚集体或将其进行限域生长和实现其特定的取向会给一维纳米材料带来一些崭新的整体协同效应。这对于以一维纳米材料为基础的纳米电子，光学器件的发展有着非常重要的意义。但由于一维纳米材料的各向异性，对其进行直接自组装是比较困难的。一维纳米材料自组装的实现方法包括液体辅助下的自组装即利用液体的界面张力，毛细管作用力或者纳米材料本身不同的亲疏水性，模板诱导或纳米材料本身不同的电学性质来实现自组装。

其中，模板法是包括阴极氧化铝(简称AAO模板)或者聚碳酸酯等薄膜在内，辅以溶胶凝胶、电泳等技术在内的合成方法。相比其他材料合成方法，模板法是材料合成中非常重要且已经得到普遍适用的方法，尤其是在一维管状薄膜材料的制备当中，模板法更加体现了其简单易行的工艺优势。

然而，尽管这种传统模板法合成的薄膜可以获得统一取向，但在后续过程中往往还需要单独对模板进行去除以及把薄膜转移到目标表面等必要工序。事实上，在模版去除以及薄膜转移过程中，薄膜的取向以及结构很容易遭到破坏。

所以，进一步寻求操作更加简单且具有普遍适用性的合成方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提出一种在目标基底上直接制备具有特殊几何结构的功能材料的方法。

本发明提供的一种以ZnO纳米棒阵列为模板制备一维自组装材料的方法，包括以下步骤：将氧化锌纳米棒阵列浸入到过渡金属或稀土金属的硝酸盐溶液中，在90℃-200℃下进行水热反应。

上述方法中：

所述一维自组装材料是由零维纳米粒子、一维纳米线、二维纳米片层等纳米结构单元有序组合在一起的柱状或管状结构，其直径为100纳米到1微米，长度为3-10微米。

所述过渡金属为钴、铜、锰、铁、钒等，稀土金属为铈、镧等，过渡金属或稀土金属优选为钴或铈。

所述硝酸盐的浓度为0.1-0.3mol/L；

所述温度优选为95℃；

所述水热反应的反应时间为2-3小时；

所述ZnO纳米棒阵列的制备方法包括以下步骤：按照等摩尔配制硝酸锌溶液和六亚甲基四胺溶液，等体积混合均匀，然后加入到聚四氟乙烯的水热釜中，并将处理干净的基底斜插入反应溶液中，水热反应。

所述基底为ITO玻璃或堇青石，所述斜插入的角度为45度角；所述水热反应温度为95℃，水热反应时间为4h.

所述ZnO纳米棒模板包括团簇状纳米棒和具有均一生长取向的阵列，直径为100纳米至1微米。

一种以ZnO纳米棒阵列为模板制备一维自组装材料的方法的反应原理：