一種製備純銀單晶納米線的方法及裝置的製作方法

2023-12-07 09:14:41

專利名稱：一種製備純銀單晶納米線的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於納米材料製備技術領域，特別涉及一種製備純銀單晶納米線的方法及裝置。
背景技術：
關於銀納米線(silver nanowire)的製備目前已有多篇文獻報導，但歸納起來其銀納米線多是採用模板法以及在液體環境下利用銀離子溶液電沉積的方法製備出來的[見文獻B.H.Hong，S.C.Bae，C.W.Lee，and et al.，Science，294(2001)348-351；P.K.Mukherjeeand D.Chakravorty，J.Mater.Res.，17(2002)3127-3132；J.Zhang，X.Wang，X.Peng，andet al.，Applied Physics A，75(2002)485-488；G.J.Chi，S.W.Yao，J.Fan and et al.，Acta Physico-Chimica Sinica，18(2002)532-535；M.Barbic，J.J.Mock，D.R.Smith andet al.，J.Appl.Phys.，91(2002)9341-9345；J.J.Zhu，Q.F.Qiu，H.Wang and et al.，Inorganic chemi stry communications，5(2002)242-244；S.Bhattachryya，S.K.Saha，D.Chakravorty，Appl.Phys.Lett.，77(2000)3770-3772；Y.Zhou，S.H.Yu，X.P.Cui andet al.，Chemistry of Materials，11(1999)545-549]。利用這些方法製備的銀納米線的尺度和形狀要麼由模板的尺度和形狀決定，要麼在液體環境下不易得到控制。

發明內容
本發明的目的是提供一種銀單晶納米線的全新製備方法，用這種方法可以在全固態環境且無任何模板的條件下，在常溫、常壓和大氣中，通過改變銀離子導電薄膜的外加電場強度和作用時間製備出具有不同長度和直徑的銀單晶納米線。
本發明的技術方案如下本發明提供的純銀單晶納米線的製備方法，該方法包括如下步驟一種製備純銀單晶納米線的裝置，其特徵在於該裝置包括直流電源，基片及沉積在其上的銀離子導電膜，金屬陽極和金屬陰極，所述的金屬陽極和金屬陰極為沉積在基片兩端的金屬Ag膜。
一種純銀單晶納米線的製備方法，其特徵在於該方法包括如下步驟(1)將銀離子導電膜沉積在基片上；(2)然後在基片的兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，並使其分別與直流電源的負極和正極相連接；或是先在基片的兩端沉積Ag膜作為陰極和陽極，然後再在其上面沉積銀離子導電膜，使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負極和正極相連接。
(3)在兩極間施加外加直流電場，電場強度為100～500伏特/米之間。
發明所採用的基片為單晶氯化鈉(NaCl)。
本發明提供了一種全新的銀單晶納米線的製備方法，用這種方法可以在全固態環境且無任何模板的條件下，在常溫、常壓和大氣中，通過改變銀離子導電薄膜的外加電場強度和作用時間製備出具有不同長度和直徑的銀單晶納米線，它可以使製備的銀納米線的長度達幾百微米以上，且生長的方向是由直流電場方向控制的。該方法操作簡單，單晶納米線的尺寸易於控制。本發明所製備的單晶銀納米線可作為導線或器件應用於納米尺度的電子學及光電子學領域中。


圖1a、圖1b是本發明的實驗裝置的結構示意圖。
圖2是納米線的掃描電鏡能量散射譜-EDS的分析結果，它表明納米線只含有Ag元素。
圖3是單根納米線圖像及其透射電子顯微鏡的選區衍射圖樣，圖中標尺長度為100納米。
圖4是NaCl基片上在Ag陰極附近長出的銀納米線掃描電子顯微鏡圖像，大圖中標尺長度為200微米，插圖是單根納米線的掃描電子顯微鏡圖像，插圖標尺為200納米。
圖5是NaCl基片上在Ag陰極附近長出的銀納米線掃描電子顯微鏡圖像，標尺長度為20微米。
具體實施例方式
如圖1a、1b所示，這種實驗裝置可以有兩種排列方式，其效果是一樣的。它包括NaCl基片1，金屬陽極(Ag膜)2，銀離子導電膜3，金屬陰極(Ag膜)4，直流電源5。
下面詳細說明本發明提供的銀單晶納米線的製備方法及其機理將銀離子導電膜MIxMII1-xAg4I5(MI和MII為K，Rb，Cs，x＝0～1)沉積在NaCl單晶基片上，膜厚在100～200納米之間，然後在其兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，並使其分別與直流電源的負極和正極相連接(如圖1a所示)，或是先在NaCl單晶基片上沉積Ag膜作為陰極和陽極，然後在其上面沉積銀離子導電膜MIxMII1-xAg4I5(MI和MII為K，Rb，Cs，x＝0～1)，同樣使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負極和正極相連接(如圖1b所示)。這樣，在外電場作用下，陽極Ag膜中的Ag原子會失去電子變成Ag+離子，並且它會通過離子導電膜向陰極移動，在陰極Ag+離子會得到電子還原成Ag原子並在陰極表面形成晶核，進而隨後而至的Ag+離子會在核上不斷堆積且漸漸長大。由於最先長大的銀晶粒在陰極表面會聚集大量電荷，更易吸引Ag+離子向其頂端靠攏，導致其頂端生長優勢的存在，促進銀納米線的形成。實驗表明兩極之間的電場越強，納米線的直徑越大，電場作用的時間越長，納米線的長度越長。
為得到各種不同長度和直徑的單晶銀納米線，在兩極間施加外加直流電場，電場強度應控制在100～500伏特/米之間。
關於銀離子導電膜及其製備方法，本發明人在以下的文獻中已詳細公開「V.K.Miloslavsky，O.N.Yunakova andJ.L.Sun.Exciton spectrum in superionic RbAg4I5conductor，Funct.Mater.1994，1，51-55」；「В.К.Милославский иЦ.Л.Сунъ.Оптическии спектр и зкситоны всуперионном проводнике КAg4I5，Функц.Матер.1995，2，438-440」；「J.L.Sun，G.Y.Tian，Y.Cao and et al..Phase transition and temperaturedependence of the A1 low-frequency exciton band parameters in quaternary compoundRb0.5Cs0.5Ag4I5thin films，Chin.Phys.Lett.，2002，19，1326-1328」。
另外，本發明人曾在申請號為02121109.4，名稱為「一種固體電介質晶體材料及其晶體薄膜的製備方法」同樣對銀離子導電薄膜的製備方法進行了說明。
實施例1我們先在新解理的NaCl單晶基片上沉積Ag膜作為陰極和陽極，然後在其上面沉積100納米厚的RbAg4I5薄膜，並使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負極和正極相連接(如圖1b所示)。
取外加電場強度為200伏特/米，生長時間1小時，得到銀單晶納米線長數百微米，直徑幾十納米(圖4)。
實施例2我們先在新解理的NaCl單晶基片上沉積Ag膜作為陰極和陽極，然後在其上面沉積200納米厚的K0.5Rb0.5Ag4I5薄膜，並使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負極和正極相連接(如圖1a所示)取外加電場強度為500伏特/米，生長時間10分鐘，得到銀納米線長數十微米，直徑幾百納米(圖5)。
為準確判斷得到的納米線中所含化學元素，我們對其做了掃描電鏡的能量散射譜-EDS的分析(圖2)，結果表明納米線中只含有銀元素。此外透射電子顯微鏡的選區衍射圖樣(圖3)表明所得納米線具有單晶結構。
權利要求
1.一種製備純銀單晶納米線的裝置，其特徵在於該裝置包括直流電源，基片及沉積在其上的銀離子導電膜，金屬陽極和金屬陰極，所述的金屬陽極和金屬陰極為沉積在基片兩端的金屬Ag膜。
2.採用如權利要求1所述裝置的一種純銀單晶納米線的製備方法，其特徵在於該方法包括如下步驟(1)將銀離子導電膜沉積在基片上；(2)然後在基片的兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，並使其分別與直流電源的負極和正極相連接；或是先在基片的兩端沉積Ag膜作為陰極和陽極，然後再在其上面沉積銀離子導電膜，使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負極和正極相連接。(3)在兩極間施加外加直流電場，電場強度在100～500伏特/米之間。
3.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於所述的基片採用單晶氯化鈉。
全文摘要
一種製備純銀單晶納米線的方法及裝置，屬於納米材料製備技術領域。本發明提供了一種全新的銀單晶納米線的製備方法，它是在全固態環境且無任何模板的條件下，在常溫、常壓和大氣氣氛中，通過改變銀離子導電薄膜M
文檔編號C30B29/62GK1522951SQ0310487
公開日2004年8月25日 申請日期2003年2月21日 優先權日2003年2月21日
發明者孫家林, 劉偉, 田廣彥, 郭繼華, 孫紅三 申請人:清華大學