[发明专利]一种制备铝酸盐纳米线阵列的方法

说明书

本发明公开了一种制备铝酸盐纳米线阵列的方法，其制备过程不仅利用阳极氧化铝模板孔道的列向和限制作用，尤为重要的是还将其看作一种反应物。采用参数合适并具有双通结构的阳极氧化铝模板，选取其氧化物扩散性较强的金属硝酸盐，首先加热使其熔融成为流体并通过毛细作用注入到所述阳极氧化铝模板的纳米级孔道内，然后加热分解为金属氧化物，最后再于高温下退火一定时间，孔道内的金属氧化物便与模板发生固相扩散反应，冷却后去除未参与反应的模板，利用模板孔道的列向作用即得一维铝酸盐纳米线阵列。本发明方法具备原理巧妙；制备数量大、速度快；原材料简单、设备要求不高；操作简单、制备过程安全等多种优点。

技术领域

本发明涉及一种制备铝酸盐纳米线阵列的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

由于具有较大的长径比和受到特定方向上的限制，一维纳米材料的制备目前仍然是一个热点课题。一维纳米材料不仅可以让我们在特定维度上研究材料的电、磁、光、热以及力学等性质，而且它们还是制备纳米器件的一种重要互联及功能单元。但是，普遍而言，其制备技术的发展还是相对缓慢的，因为在制备过程中需要解决精确控制维度、生长方向、物相的纯度以及成分组成等多个问题。

金属氧化物是一类重要的功能材料，具有许多特殊的物性，是当今世界研究的前沿和热点课题。铝酸盐M-Al-O(M＝Zn、Bi等)是一类重要的二元金属复杂氧化物。例如，ZnAl₂O₄是具有尖晶石结构的二元金属氧化物，其中Zn离子占据由氧离子密堆积所形成的四面体的位置，而Al离子占据由氧离子密堆积所形成的八面体的位置；Bi₂Al₄O₉是一类具有Mullite晶型结构的铋系氧化物。一般来说，铝酸盐作为一种二元金属氧化物，它们具有优异的光学特性。例如，ZnAl₂O₄是一种宽禁带半导体(Eg＝3.8eV)材料，这使得它可以用作紫外透明导体和光学材料；Bi₂Al₄O₉具有很高的化学稳定性，其在1080℃的H₂气氛下都不会发生任何相变。同时，它还具备在室温下光致发光的能力，这种特性在含Bi的物质中是很少见的。这些性质使得Bi₂Al₄O₉在闪烁探测器等领域具有较高的应用价值。此外，作为一种典型的二元金属氧化物功能材料，铝酸盐还普遍拥有较高的热稳定性和机械强度、优异的催化性能、良好的电学和光学特性，这使得它们在半导体、传感器和催化材料等领域具有广泛的应用价值。据调研分析，由于制备难度大，关于具有一维纳米线形貌的铝酸盐的制备研究报道并不多见，有时即使制备出的形貌是纳米线，但对设备和条件的要求也较为苛刻，尤其所得到的纳米线取向大多是随机的，不具备阵列性的特点，进而影响到它们的性能和后续应用。例如，文献报道的制备的ZnAl₂O₄纳米材料的形貌主要包括纳米颗粒、纳米棒、纳米管、薄膜和多孔结构等。对于Bi₂Al₄O₉，先前所制备的Bi₂Al₄O₉材料的形貌主要是陶瓷粉末，鲜有其纳米线的报道，更不用说其纳米线阵列。基于这一点，本申请致力于发展一种较为普适、简便和有效的合成取向一致的铝酸盐纳米线阵列的方法，以期解决铝酸盐纳米线阵列的制备难题。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备铝酸盐纳米线阵列的方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明提供了一种制备铝酸盐纳米线阵列的方法。其选取其氧化物较易扩散并且熔点相对较低的金属硝酸盐和双通的参数合适的阳极氧化铝模板作为初始反应物。通过物理加热使金属硝酸盐熔融成为流体并且通过毛细作用注入到模板的孔道内；随着继续升温，填充在孔道内的金属硝酸盐会分解成金属氧化物；在较高温度下退火一定的时间，孔道内的金属氧化物会与模板发生固相扩散反应；待去除未参与反应的模板后利用模板孔道的列向作用形成一维铝酸盐纳米线阵列。