以气凝胶为模板制备银纳米线的方法 技术领域
本发明涉及银纳米线的制备技术。
背景技术
纳米线是一种以纳米(10亿分之1米)尺度的物质单元为基础，通过物理和化学的方法，按照一定的规律排列组装而成的线状阵列的纳米结构体系。这种结构体系既具有纳米微粒的特性，即量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等，又具有纳米结构组合引起的新效应，如量子耦合效应和协同效应等特点，而且很容易通过外场(如光、电、磁等)的改变，实现对其性能的控制。因此，它是设计新一代超微量子结构器件的基础，并已在作为扫描隧道显微镜的针头、纳米器件和超大集成电路的连线、化学传感器的微电极、复合材料的超能补强剂等方面显露出巨大的应用前景。银纳米线是众多纳米线的一种。这种银纳米线特别适用于制作纳米微电极和纳米器件的连接线。
为此，对于如何简便快捷并大量制取纳米结构基本单元，即纳米线的方法，是纳米科技研究中的热点之一。目前在制备纳米线地诸多方法中模板合成法占
有极其重要的地位“A General Template-Based Method for Preparation ofNanomaterials”[Hulteen J C，Martin C R.J.Mater.Chem.，7(7)：1075-1087(1997)]。模板合成法是以具有纳米孔洞的厚膜为模板，应用电化学、气相沉淀，化学聚合、溶胶-凝胶等方法将有关物质加入孔洞，形成纳米线。由此可见，具有纳米孔洞的模板的选定是合成纳米结构基本单元的前提。为了获得具有纳米孔洞的厚膜，国内外的专家通过多种渠道，采用多种方法寻找制备方法。他们或者采用单面抛光的单晶硅片，通过精细的真空蒸镀等电化学处理，获得具有纳米孔洞的氧化硅模板“以多孔硅为模板制备取向碳纳米管”[徐东升，郭国霖，桂琳琳等发表在中国科学(B辑)，2000年第4期第289-293页]；或者采用高纯的铝箔，通过复杂的化学方法合成或者精细的真空蒸镀等电化学处理获得多孔氧化铝模板“Self Origanized Formation of Hexagonal Pore Arrays inAlumina”[Jessensky O.Appl.Phy.Lett.，72(10)：1173(1998)]；“以多孔氧化铝模板制备高度取向碳纳米管阵列膜的研究”(王成伟，李梦柯，潘善林等发表在科学通报，2000年第45卷第3期第493-497页)；“Formation of a TitaniumDioxide Nanotube Array”[Hoyer P..Langmuir，12：1411-1413(1996)]。然而，无论那种方法，制备都相当不容易，而且其孔密度也受到限制。而孔密度的高低直接影响到纳米线的制备效率。因此，至今为止，国内外仍在不断探索如何简捷地获得高质量的模板，并以此模板为基础来制备纳米线。
发明内容
本发明的目的是针对目前纳米线制备中模板不容易获得，孔密度和孔长度受到限制等问题，寻找一种全新的模板，并用这种模板制取银纳米线的工艺。
为了达到上述目的，本发明是这样进行的。经过长期研究发现气凝胶是一种由纳米粒子相互聚结而成的具有多孔网络结构的固体块状物。它具有如下特点：A.具有较大的纳米级孔洞，且孔洞可以制得很均匀，长度又不受限制；B.孔洞的尺度可以通过制备条件的改变而调节；C.孔表面的润湿性可以调节；D.气凝胶的孔隙率最高可达99.8％。而且气凝胶的制备已有成熟的方法，比较容易获得。为此，发明人用气凝胶作为制备纳米线的模板，经过无数次的试验，找到了通过无电沉积法制取银纳米线的工艺。
具体的工艺是按以下次序的几个步骤进行的：
首先进行模板的选取：
选取孔径在10-100nm，孔隙率大于90％的无机氧化物气凝胶Al2O3、SiO2作为合成银纳米线的模板。为了使所制银纳米线的均匀性好，作为制作银纳米线的模板的气凝胶的孔径最好选择分布狭窄的，以集中在30nm内的为好。
然后进行模板的加工：
用砂纸将气凝胶打磨成薄片状，薄片的厚度在1-3mm，用纯净水冲洗干净，用烘干或吹干的办法，去除水分待用。
接着是银纳米线的制取：
A.先在还原液中浸泡，还原液是10％-60％的葡萄糖水溶液，浸泡时间30-40分钟。
B.将模板从还原液中取出，用滤纸擦干，再在银氨液中浸泡，银氨液中银的浓度为3％-5％。浸泡时间30-40分钟。
C.取出，用纯净水清洗，用滤纸擦拭气凝胶表面，除去表面附着的银液，此时在气凝胶孔洞中已有银纳米线形成。
最后为模板的去除：
将已有银纳米线形成的模板放入氢氧化钠溶液浸泡，氢氧化钠溶液的浓度为2-5mol·l-1，浸泡直至模板全部溶解为止。剩下的黑色粉末为本发明的银纳米线。
本发明具有如下优点：
1.由于气凝胶的制备过程比目前常用的多孔氧化硅模板、氧化铝模板的制备要简单方便得多，因此使本发明的整个银纳米线的制取变得更加容易。
2.由于气凝胶的孔隙率最高可以达到99.8％，与目前常规多孔模板相比，其孔密度可以提高10-100倍，甚至可以更高。所以本发明的以气凝胶为模板通过无电沉积法来获得银纳米线，可使效率提高10-100倍以上。
3.由于气凝胶块状物可以做得很大，所以气凝胶模板的孔长度原则上不受限制，因此本发明的以气凝胶为模板制备银纳米线的方法可以做出超长的纳米线。
具体实施方式
实施例1
首先，选用溶胶-凝胶和超临界干燥方法制得的SiO2气凝胶作为制备银纳米线的模板，该气凝胶的孔径集中在10-30nm之间，孔径分布相当狭窄，所以制得的银纳米线十分均匀。然后，将此气凝胶打磨成2mm厚的薄片，经市售的纯水清洗后，烘干。
接着，将上述清洗并去除了水分的模板放在10％葡萄糖水溶液中浸泡30分钟，取出用滤纸擦干，再浸入含银3％的银氨液中30分钟，使银氨液在SiO2气凝胶模板孔洞中反应，生成银纳米线。
最后，取出，用市售纯水清洗，用滤纸擦去表面附着的银氨液，再将其浸入浓度为2mol·l-1的氢氧化钠溶液，使SiO2气凝胶模板溶解，最后用纯水反复清洗，得到的黑色粉末中含有直径为纳米级的线状银，即银纳米线。
实施例2
首先，选用溶胶-凝胶和超临界干燥方法制得的Al2O3气凝胶作为制备银纳米线的模板，该气凝胶的孔径集中在分布相当狭窄的60-80nrn之间，孔隙率大于90％。然后，将此气凝胶打磨成1mm厚的薄片，经市售的蒸馏水清洗后，烘干。
接着，将上述清洗并去除了水分的模板浸泡在50％的葡萄糖水溶液中浸泡40分钟后，取出用滤纸擦干，再浸入含银5％的银氨液中，40分钟后，使银氨液和葡萄糖在Al2O3气凝胶模板孔洞中反应，生成银纳米线。
最后，取出，用市售蒸馏水清洗，用滤纸擦去表面附着的银氨液，再将其浸入浓度为5mol·l-1的氢氧化钠溶液，使Al2O3气凝胶模板溶解，最后用蒸馏水反复清洗，所得到的黑色粉末即银纳米线。