[发明专利]一种金属/交联聚膦腈同轴纳米电缆的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种同轴纳米电缆的制备方法，特别是一种金属/交联聚膦腈同轴纳米电缆的制备方法。

背景技术：

金属纳米线作为纳米器件的重要材料，已引起了人们的广泛关注。大量的实验研究表明，金属纳米线作为准一维纳米材料，具有显著的非线性和量子效应，因而具有很大的应用潜力和研究价值，如在纳米微电子电路、分子导线、纳米线圈、纳米激光器、化学传感器和催化等领域显示出了巨大的应用前景。到目前为止，许多金属纳米线如Ag纳米线、Au纳米线、Pt纳米线、Pb纳米线、Ni纳米线、Co纳米线等相继被大量的合成和研究，并发现了它们在光学、电学、磁学等发面有着奇异的性能。

然而，大部分金属纳米线对周围环境很敏感，接触潮湿的空气很容易被氧化和腐蚀，从而大幅度降低了纳米器件的性能和使用寿命。另外，电绝缘问题也一直是科研工作者面临的困镜。其中的一个较好解决方案就是用惰性的聚合物包覆金属纳米线，利用聚合物密封性强、电绝缘性和柔性好的特点，可有效的阻止金属纳米线被氧化或腐蚀。这种以金属导体或半导体纳米线为芯层，异质材料为壳层，且芯层与壳层共轴的材料被称作同轴纳米电缆(Coaxial Nanocable)。自从同轴纳米电缆被发现以来，研究的内容主要集中在新的合成方法的探索、微观结构的表征和物理性能的研究上，其中，如何制备出纯度高、产量高和结构可控的同轴纳米电缆一直是科研人员关注的焦点。

目前，金属/聚合物同轴纳米电缆的制备一般是以聚合物纳米管为模板法来合成。例如CN 1787123A公开报道了一种适用于多种聚合物为壳层材料的同轴纳米电缆的制备方法，该方法借助熔融法、溶液法和化学合成法将聚合物大分子植入多孔材料模板中，形成聚合物纳米管，再通过电化学沉积等手段在聚合物纳米管中植入异质材料来构建同轴纳米电缆。但该方法制备过程较为复杂，需要引入“二次模板”，而且受方法所限，该法很难适用于将高度交联的聚合物作为壳层材料。

Journal of Crystal Growth于2004年，273卷，285～291页报道了用紫外光辐射法可制得Ag/聚乙烯吡咯烷酮同轴纳米电缆。方法是将预先制得的Ag纳米粒子作为种子与AgNO₃和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液混合，在室温下采用低压汞灯辐射引发PVP骨架中N和O原子与Ag配位复合，一旦Ag纳米粒子被吸附到PVP上，就会被PVP胶束所包覆。随着Ag纳米粒子的增加，它们就会在胶束中碰撞聚集形成棒状的微粒。而大量这样的棒状纳米粒子连接则会形成纳米线，从而得到Ag/PVP的同轴纳米电缆。Macromolecular Rapid Communications于2006年，27卷，152～155页报道了一种Cu/聚乙烯醇同轴纳米电缆的制备方法，该方法是基于静电纺丝原理，将含铜纳米微粒的聚乙烯醇(PVA)溶液在15kV的高压下，以1.0毫升/小时的注射速率进行电纺，最终形成芯层材料与壳层材料直径分别为100和400纳米的Cu/PVA同轴纳米电缆。这两则报道中芯层材料皆存在由粒子到棒的转变过程中，可能会不连续，导致同轴纳米电缆的断路现象，而且这两种方法仅适用于各自的特定体系。另外对电纺法而言，虽然制备一维纳米材料很方便，但静电纺丝设备较贵，且对聚合物材料要求较高，必须为能溶解或熔融的线形聚合物。

Chemistry-A European Journal于2006年，12卷，5314～5319页报道了一种Au/聚苯胺同轴纳米电缆，该方法是借助自组装的原理，由苯胺单体和氯金酸在掺杂剂兼表面活性剂D-樟脑-10-磺酸(CSA)的帮助下，在完成聚合反应的同时可形成Au/聚苯胺同轴纳米电缆，其中表面活性剂CSA的浓度对产物形貌有重要影响。该制备方法中壳层材料为导电聚合物，本身易氧化，而且无绝缘性，难以对芯层材料起到应有的抗氧化性和绝缘保护作用，而且本法的合成体系是特定的，很难扩展到其它金属/聚合物同轴纳米电缆体系。

Journal of Physical Chemistry C于2007年，111卷，5926～5931页报道了一种Au/聚3，4-乙撑二氧噻吩同轴纳米电缆，该纳米电缆是通过一步法由3，4-乙撑二氧噻吩(油相)和氯金酸(水相)进行界面聚合得到的。该法的优点是未使用任何表面活性剂、模板或稳定剂，而且可在室温下完成聚合反应。但该法的适用体系仍具有唯一性，而且从产物的电镜照片看，壳层材料很不均匀且存在分叉现象。