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电沉积法制取纳米材料:模板电沉积制备一维纳米材料

放大字体  缩小字体发布日期:2012-01-12  浏览次数:781
电沉积法制取纳米材料:模板电沉积制备一维纳米材料

在电化学制备纳米材料的各种方法中,一维纳米材料的制备特别引人注目[3]。一维纳米材料的制备方法很多,其中的物理方法如气固相生长法、激光烧蚀法、分子外延法等,都需要昂贵的设备,而金属电沉积的方法则由于成本低、镀覆效率高、可控制性能好和在常温下操作等优点而成为制备纳米管的重要方法。电化学制备纳米管的方法也称为模板电沉积法。

所谓模板电沉积是通过电化学方法使目标材料在纳米孔径的孔隙内沉积的方法。由于纳米孔隙的限制,电沉积物保持在纳米孔径的尺寸成长,从而制成纳米线或管。一维纳米材料的一维概念指的就是纳米材料只在直径上保持纳米级尺寸,;而可以在长度上达到宏观材料的尺寸。因此,获得具有纳米孔径的模板对于电沉积法割备一维纳米材料是一个技术关键[4]。

   (1)模板的制备

   常用的模板分为两类,一类是有序模板,比如经铝氧化获得的氧化铝孔隙阵列,另一类是无序孔洞模板,比如高分子模板、金属模板、纳米孔洞玻璃、多孔硅模板等。

   ①高分子模板。高分子模板是采用厚度为6~20μm的聚碳酸酯、聚酯等高分子模,通过核裂变或回旋加速器产生重核粒子轰击,使其出现很多微小陷口,再用化学腐蚀法将缺陷扩大为孔隙。这种模板的特点是孔隙成圆柱形,膜内存在交叉现象,孔的分布不均匀且无规律,孔径可以小到lOnm,孔的密度大约在109个/cm2。显然这种制模方法的成本很高。

   ②氧化铝模板。铝氧化膜的多孔性是表面处理业众所周知的性能。利用铝氧化的特点来制作纳米材料模板是一种比较理想的方法。将经退火处理的纯铝在低温的草酸或磷酸、硫酸的电解氧化槽液中进行低温阳极氧化,可以获得排列非常规律和整齐的微孔。这些孔全部与基板垂直,大小一致,形状为正六边形。这种孔的密度最高可达到l011个/cm2,且孔径可调,制备简单,成本低,是工业化制备模板的重要方法。并且也是一种电化学方法。

   ③金属模板。金属模板法是在铝模板上真空镀上一层金属膜,再将含有过氧化苯甲酰的甲基丙烯酸甲酯单体在真空下注入模板,通过紫外线或加热使单体聚合成聚甲基丙烯酸甲酯阵列,然后用氢氧化钠溶液除去氧化铝模板,获得聚甲基丙烯酸甲酯的负复型,将负复型放在化学镀液中,在孔底金属薄膜的催化作用下,金属填充了负复型的孔洞,最后用丙酮溶去聚甲基丙烯酸甲酯,就可以得到金属孔洞的阵列模板。

   ④其他材料模板。其他材料的微孔模板有孔径为33nm、孔密度达1010个/cm2的玻璃膜;也有新型微孔离子交换树脂膜、生物微孔膜等。

   (2)纳米材料的电沉积

   电沉积制备一维纳米材料的方法可分为直流法和交流法。从镀液的组成可以分为单槽法和双槽法。

   ①直流电沉积。直流电沉积法也就是我们熟知的电镀方法。这种方法可以采用非金属材料的筛状模孔,在孔的一端用非金属电镀的方法镀上一层金属底层后,再在从底板上沿孔隙电沉积出金属镀层而获得与纳米孔径同型的纳米金属线。

   ②交流电沉积。这是基于铝阳极氧化膜的单向导通性而采用的交流电沉积的方法,这种方法在铝材的阳极氧化电化学着色中有过应用。铝阳极氧化膜孔内的阻挡层因为有较高电阻,通常是不利于阴极电沉积过程的,但是在交流电作用下,处于阳极状态时,其电阻作用不至于引起溶解过程,但在负半周时,却有利于电沉积过程的进行,这种周期脉冲作用加强了阴极过程,从而实现了交流电作用下的电沉积,使金属沉积物得以在孑L内以纳米尺寸成长。   

   ③交流双槽法。这是为了获得多层纳米结构的材料而采用的方法,是以交流电沉积为基础,在两个电解槽中获得多层金属纳米材料的方法。

④直流双脉冲法。直流双脉冲法也是用于制备多层纳米线的方法。这是通过恒电位仪产生双脉冲电流,在不同电位下沉积出不同的金属从而构成多层纳米金属线的方法。在同一电解液内溶解具有不同电沉积电位的金属离子,根据电沉积比例和电极过程行为确定其浓度,然后以模板为阴极进行电沉积,先以一个电位进行电沉积,这时金属A沉积出来,然后变换电位沉积另一种金属,从而可以在一槽内以不同电位获得不同金属来组成多层纳米材料。

 

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