[发明专利]一种多孔金属/介质微米管及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于微纳器件技术领域，具体涉及一种多孔金属/介质微米管及其制备方法和相应的应用。

背景技术

近年来，微纳器件，比如微纳米尺寸的管、线等，由于在药物输运、传感器、光学以及储氢等领域存在潜在应用前景，从而受到广泛的关注。其中，多孔的微米管在如今的学术研究与微纳应用领域中有相当大的潜力。例如，在微纳生物科学中，这种多孔的微米管可以用来做细胞培养以控制细胞的生长，亦可用来捕获生物分子或其他生物材料；在微波通讯中可当作微型天线；在纳米光子晶体领域，这种多孔管状结构可用来制备三维超材料来操控电磁波的传导；在化学制备领域，多孔的管状结构可用来装载纳米粒子等起到载体的作用以进行传输。因此，多孔微米管能够极广泛地应用在各个领域并且具有重要的基础研究价值。

Strancar A.等人在1997年利用人类血浆成功地制备得到了具有孔结构的管状生物分子并予以应用，获得了较出色的分离能力 (Journal of Chromatography A, 1997, 760, 117-123)；Wang D.等人在2004年利用无电极电镀方法在经过表面修饰的多孔不锈钢管过滤器上镀钯制备了多孔钯管用于氢气的分流（Catalysis Today, 2004, 93-95, 689-693）。目前还有许多研究组在探索多孔管状结构的制备以及应用，甚至利用头发作为模板制备管壁具有多孔结构的管状结构。然而，这些方法制备的多孔管状结构的不足之处在于其管壁上的孔洞排列都是随机的，不能制备出管壁具有周期性孔洞排列的管状结构。

迄今为止，能够制备出管壁具有孔洞的管状结构的方法技术等都存在一定的不足，特别是能够制备管壁具有周期性整齐排列的孔洞方法更是少之又少。本发明提供了一种简易且成本较低的制备方法制备出管壁具有周期性多孔结构的微米管。该方法几乎不受材料种类的局限，可制备出多种由金属和/或介质组合构成的多孔管状结构。因此，该方法能够广泛地应用到多个领域的基础研究中，且具有很大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管壁具有周期性多孔结构、性能优良的微米管及其制备方法和应用。

本发明提供的管壁具有周期性多孔结构的微米管，是一种多孔金属/介质微米管，其制备方法包括以下几个步骤：

（1）以多孔阳极氧化铝作为模板，同时也作为牺牲层；

（2）在牺牲层上面沉积具有内应力的金属和介质的双层薄膜；所述内应力来自于双层薄膜不同热膨胀系数及晶格失配；

（3）选择性地除去氧化铝牺牲层，释放薄膜，使复制了多孔阳极氧化铝表面的双层薄膜卷成微米管，管壁呈多孔状，即得目标产物多孔金属/介质微米管。 

本发明中，步骤（2）在多孔阳极氧化铝牺牲层上面沉积具有内应力的金属和介质双层薄膜，是在物理气相沉积过程中通过控制沉积参数，比如沉积厚度（5-100 nm）、沉积速率（0.2-20 ?/s）、衬底温度（25-300 ^oC）、以及沉积压强（10^-3-10^-4 Pa）等，前后两次沉积相应的薄膜（例如先沉积金属薄膜，再沉积介质薄膜；或者先沉积介质薄膜，再沉积金属薄膜），以形成由于不同材料之间不同的热膨胀系数以及晶体结构失配造成的内应力。其中，物理气相沉积的方法包括溅射，热蒸发，或电子束蒸发等。

本发明中，所得到的多孔金属/介质微米管的几何参数，如管直径，孔直径以及孔与孔的间距等，根据设计要求确定。一般来说，该微米管的直径为微米级（一般为2-80 μm），多孔的孔径为20-200 nm（与多孔阳极氧化铝的多孔结构相同）；金属薄膜的厚度为5-100 nm，介质薄膜的厚度为5-100 nm。

本发明中，多孔金属/介质微米管中，金属簿膜材料可以是金、钛、铬或铝等单一组分金属，也可以是这些金属的合金，还可以是几种金属构成的多层金属结构。

本发明中，多孔金属/介质微米管中，介质簿膜材料可以为氧化钌、氧化铪、氧化铌、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氮化铝、二氧化硅或一氧化硅等氧化物介质。

本发明中，所述的牺牲层与模板均为多孔阳极氧化铝。

本发明提供的多孔金属/介质微米管可用于超级电容器，并可作为生物传感器测定溶液中特定的生物分子，具体如下：