專利名稱：純銀納米管陣列及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種純銀納米管陣列及其制備的方法，屬于納米材料制備技術領域。
本發明的技術方案如下一種純銀納米管陣列，其特征在于該納米管管壁的化學成分為純銀，管內徑為幾十納米，全部銀管生長取向一致，構成陣列狀，可由以下方法制得(1)將銀離子導電膜RbAg4I5沉積在基片上；(2)然后在基片的兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，并使其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520～900伏特/米之間。
本發明提供了一種制備純銀納米管陣列的方法，該方法包括如下步驟(1)將銀離子導電膜RbAg4I5沉積在基片上；(2)然后在基片的兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，并使其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520～900伏特/米之間。
本發明中所述的基片采用NaCl單晶基片；所述基片上的銀離子導電膜膜厚在百納米量級；其基片兩端所沉積的Ag膜厚度為微米量級。
本發明提供了一種全新的銀納米管陣列及其制備的方法，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，制備出具有不同長度和直徑的銀納米管及其陣列，銀納米管的內徑在60～80納米之間，外徑在100～300納米范圍內，管壁的化學成分為純銀，其生長的方向是由直流電場方向控制的，該方法操作簡單，尺寸易于控制。本發明所制備的銀管陣列可作為導線或器件應用于微電子學及光電子學領域中。
圖2是陰極銀膜邊緣長出的銀管陣列掃描電子顯微鏡圖像(斜視圖)。
圖3是陰極銀膜邊緣長出的銀管陣列掃描電子顯微鏡圖像(側視圖)。
圖4是陰極銀膜邊緣長出的銀管陣列中的某一單管的側剖面局部SEM形貌圖。
圖5是銀管陣列的掃描電鏡能量散射譜-EDS的分析結果，它表明管陣列只含有Ag元素。
下面詳細說明本發明提供的銀納米管及其陣列的制備方法及其機理將固體電解質(也叫超離子導體)RbAg4I5薄膜沉積在基片上，該基片采用NaCl單晶基片，導電膜厚度在百納米量級，然后在其兩端分別再沉積Ag膜作為陰極和陽極，其Ag膜厚度為微米量級，并使其分別與直流電源的負極和正極相連接(如
圖1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，并且它會通過離子導電膜RbAg4I5向陰極移動。在陰極，Ag+離子會得到電子還原成Ag原子并在陰極表面形核，進而隨后而至的Ag+離子會在核上不斷堆積且漸漸長大。帶正電荷的銀離子在外電場作用下向陰極移動的同時，彼此之間相互排斥，外電場愈強，固體電解質RbAg4I5薄膜內的銀離子流密度越大，離子的平均間距越小，它們彼此之間的斥力越顯著，這樣當大量帶正電荷的銀離子涌向同-帶負電荷的晶核(陰極銀膜邊緣的銀顆粒)時，自然會分散呈圓錐狀向錐頂的晶核靠近，隨后而來的大量銀離子會以相同的方式填補在錐體底的壁上，使錐壁逐漸伸長并加厚。由于最先長大的銀管錐底表面會聚集大量電荷，更易吸引Ag+離子向其靠攏，導致該管生長優勢的存在，最后形成彼此獨立的單根銀管所組成的陣列。實驗表明兩極之間的電場越強，銀管的外徑越大，電場作用的時間越長，銀管的長度越長。
為得到各種不同長度和直徑的銀管陣列，其外加電場強度最佳值要在520～900伏特/米之間。
關于銀離子導電膜RbAg4I5及其制備方法，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”；“Y.Cao，H.S.Sun，J.L.Sun，and et al..Preparation and structuralcharacterization of superionic conductor RbAg4I5crystalline grain film，Chin.Phys.Lett.，2003，20，750-752”。
實施例1在新解理的NaCl晶體基片上沉積100納米厚的RbAg4I5薄膜，然后在RbAg4I5薄膜的兩端上面各沉積1微米厚的Ag膜作為陰極和陽極，并使陰極和陽極的Ag膜分別與直流電源的負極和正極相連接(如圖1所示)。
取外加電場強度為520伏特/米，生長時間15分鐘，得到長度達7微米以上，外徑為100納米左右、內徑為60納米左右的銀管陣列(圖2)。
實施例2方法如同實施例1所述方法，不同的是在新解理的NaCl晶體基片上沉積150納米厚的RbAg4I5薄膜，然后在RbAg4I5薄膜的兩端上面各沉積2微米厚的Ag膜作為陰極和陽極，取外加電場強度為700伏特/米，生長時間10分鐘，得到長度達6微米左右、外徑為200納米左右、管內徑為70納米左右的銀管陣列。
實施例3方法如同實施例1所述方法，不同的是在新解理的NaCl晶體基片上沉積200納米厚的RbAg4I5薄膜，然后在RbAg4I5薄膜的兩端上面各沉積3微米厚的Ag膜作為陰極和陽極，取外加電場強度為900伏特/米，生長時間5分鐘，得到長度達5微米左右，外徑為300納米左右的銀管陣列(圖3)，管內徑為80納米左右(圖4)。
為準確判斷得到的管陣列中所含的化學元素，我們對其做了掃描電鏡的能量散射譜-EDS的分析(圖5)，結果表明管陣列中只含有銀元素。
權利要求
1.一種純銀納米管陣列，其特征在于該納米管管壁的化學成分為純銀，管內徑為幾十納米，全部銀管生長取向一致，構成陣列狀，可由下述方法制得(1)將銀離子導電膜RbAg4I5沉積在基片上；(2)然后在基片的兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，并使其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520～900伏特/米之間。
2.按照權利要求1所述的純銀納米管陣列，其特征在于所述的基片采用NaCl單晶基片。
3.一種制備純銀納米管陣列的方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)將銀離子導電膜RbAg4I5沉積在基片上；(2)然后在基片的兩端分別沉積Ag膜作為陰極和陽極，并使其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520～900伏特/米之間。
4.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述基片上的銀離子導電膜膜厚在百納米量級；其基片兩端所沉積的Ag膜厚度為微米量級。
全文摘要
純銀納米管陣列及其制備方法，屬于納米材料制備技術領域。本發明提供了一種全新的銀管陣列及制備方法，它是在全固態環境且無任何模板的條件下，在常溫、常壓和大氣中，通過改變銀離子導電薄膜RbAg
文檔編號C30B29/60GK1460634SQ0313725
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月3日 優先權日2003年6月3日
發明者孫家林, 田廣彥, 劉偉, 郭繼華 申請人:清華大學