[发明专利]一种形貌可控的铜纳米结构材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备技术领域，特别涉及一种形貌可控的铜纳米结构材料的制备方法。

背景技术

铜纳米结构以其优异的光学、电学和热学性能以及相对较低的价格，在催化、抗菌领域有重要应用，在微电子集成电路领域，已成为传统电子电路中最常用的导线，并大量地用作微电子集成电路中的内部连线。有关铜的纳米结构的研究始于20世纪50年代。铜晶须(包括纳米线，纳米棒和纳米管等)可通过氢气还原卤化物(如CuCl,CuI,CuBr)而获得(S.S.Brenner,ActaMetallurgica,1956,4,62)。自20世纪90年代开始，伴随着纳米科技的发展，研究人员对铜纳米结构进行了大量的研究。当前铜纳米结构的制备方法有液相合成法；气相合成法和模板合成法。液相合成法通常使用水合肼(A.R.Rathmell,S.M.Bergin,Y.L.Hua,Z.Y.Li,B.J.Wiley,Adv.Mater,2010,22,3558)，葡萄糖(M.Jin,G.He,H.Zhang,J.Zeng,Z.Xie,Y.Xia,Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,10560)和两配体体系(D.Zhang,R.Wang,M.Wen,D.Weng,X.Cui,J.Sun,H.Li,Y.Lu,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,14283)作为还原剂大规模制备铜纳米结构，以上这些制备铜纳米结构的方法虽然能够制备出性能较好的铜纳米结构，但在大多数情况下，为了控制铜纳米结构形貌，以及阻止团聚，还需加入稳定剂或功能无机物。然而这些还原剂和添加剂往往覆盖在铜纳米结构表面导致其失活(Y.Tan,X.Xue,Q.Peng,H.Zhao,T.Wang,Y.Li,NanoLett.,2007,7,3723；S.Deki,K.Akamatsu,T.Yano,M.Mizuhata,A.J.Kajinami,Mater.Chem.,1998,8,1865)。气相法是制备铜纳米结构的一种典型方法(S.N.Mohammad.NanoLett.,2008,8,1532；H.Choi,J.Am.Chem.Soc.,2004,126,6248)，但涉及繁琐的处理过程，比如，高温加热铜前驱物使其蒸发，然后让蒸汽流过一个载有催化剂的温度相当低的固相衬底，该衬底还需配套一个温度可控的低温设备，以便蒸汽能被冷凝而沉积(W.A.Bryant.J.Mater.Sci.,1977,12:1285)。模板法可能是制备铜纳米结构最普遍使用的方法，但该方法也包括很多步骤，且产量很低(A.Mignani,B.Ballarin,E.Boanini,M.C.Cassani,Electrochim.Acta,2014,115,537；S.Shin,B.S.Kim,K.M.Kim,B.H.Kong,H.K.Cho,H.H.Cho,J.Mater.Chem.,2011,21,17967)。

发明内容

本发明的目的是提供一种形貌可控的铜纳米结构材料的制备方法，解决了当前制备铜纳米结构需采用高价铜作为前驱物的限制，拓宽了前驱物的来源；且过程简单，操作方便，可控性强，无需任何表面活性剂、稳定剂等有机成分及复杂仪器和装备。

本发明解决上述技术问题所采用的方案为：一种形貌可控的铜纳米结构材料的制备方法，其特征是将一定量的醇溶液和清洗干净的纯金属铜箔或铜片置入高压釜中，并全部浸没在该醇溶液中，将高压釜在一定的温度下保持一段时间即可得到所需要的铜纳米结构。

按上述方案，所述的醇溶液为无水乙醇，所述的铜箔或铜片为纯度在99wt.％以上。

按上述方案，所述的高压釜的温度保持在100-200℃之间。

按上述方案，所述的高压釜的温度优选为160℃。

按上述方案，所述的保持时间为0.5-8小时。

本发明制备铜纳米片、铜纳米线和铜纳米颗粒的优选时间分别为1.5小时、3小时和6小时。