[发明专利]有序的异质纳米线柔性导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，更具体地说，涉及一种有序的异质纳米线柔性导电薄膜及其宏量制备方法。

背景技术

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。一方面，纳米材料具有较高的表面-体积比，从而具有很高的化学活性；另一方面，以纳米线为例，其具有较高的长径比，在一个维度方向上粒子传输不存在约束，有利于技术上的应用。另外，英国《自然-材料》(Nature Materials，2007年第6期，841页)指出，材料的物理化学性质开发不仅取决于自身的形状和尺寸，也取决于组装体的协同。美国《纳米快报》(Nano Letters，2010年第10期，5103页)指出，利用界面组装技术可以有效降低体系熵值、从而使杂乱的超长柔性纳米线得到有序的排列组装体。因此，纳米材料的可控合成、有效组装，以及基于纳米材料的器件设计和性能研究成为相关材料走向实用化的前提和保障之一。

在纳米材料的组装的报道中，所采用的方法主要分为从下而上和从上而下两类。其中，从上而下的方法是指通过光刻手段对纳米材料进行组装，如专利JP2006311905。然而，这类方法步骤复杂，成本较大，而且由于分辨率有限，对粒径小和直径小的材料无能为力。另一类是采用从下而上的方法，主要通过界面等手段对纳米材料进行组装，如US20080326616用兰格穆尔(Langmuir)技术对纳米材料进行组装，避免了采用自上而下的方法带来的由于分辨率有限而对粒径小和直径小的材料无能为力的问题，但是，该方法需要对纳米材料进行疏水化处理，且制备时间较长，同时需要昂贵的仪器。

现有技术对界面组装纳米材料进行了广泛的研究，包括以下报道：《美国化学会会志》(J.Am.Chem.Soc.，2010年132卷，8945页)报道了利用改进的兰格谬尔技术(LB Technique)在气-液界面组装一维超长纳米线，得到有序的组装体，但是，该方法需要昂贵的仪器设备，长时间的调整过程。另外，《美国化学会会志》杂志(J.Am.Chem.Soc.2008年，1043页.)报道了利用利用兰格谬尔技术(LB Technique)在气-液界面组装二维石墨烯纳米片，该方法需要昂贵的仪器设备，且需要长时间的调整过程。德国《先进功能材料》(Adv.Funct.Mater.2010年20卷958页)报道了利用气-液-油三相界面组装一维纳米线的方法，通过界面的有序化效应，在气液界面形成有序的纳米线组装体。但是，该方法步骤复杂，仅适用于纳米线的组装，不能对多种纳米材料成功组装。

超薄柔性导电薄膜是目前各国科学研究的前沿。包括《美国科学院院刊》(PNAS，2009年，106卷，21490页)报道了利用浸泡法制备碳纳米管导电薄膜。此种方法简单便利，导电性良好。但缺点在于纳米线无序排放，电导调控性几乎无法实现。

介观是介于宏观与微观之间的一种体系。处于介观的物体在尺寸上已是宏观的，因而具有宏观体系的特点；但是由于其中电子运动的相干性，会出现一系列新的与量子力学相位相联系的干涉象，这又与微观体系相似，故称“介观”。

自组装薄膜上的研究已经拓展到介观结构薄膜方面。在固体基质上的介观结构薄膜拥有巨大的研究和应用价值，因为介观结构中的介观通道的功能化使我们能够把功能结构限制在纳米结构内，这样就在能量转换、表面增强拉曼、分子分离、方面都有潜在的应用。

发明内容

因此，为解决现有技术中存在的难题，本发明提供了一种有序的以异质纳米线薄膜为基础的超薄柔性导电薄膜的制备方法，该方法的基本思路是在纳米材料组装体制备过程中，利用LB(即，Langmuir-Blodgett技术，也称兰格穆尔技术)的组装方法将一种较易合成的且反应活性高的纳米材料碲纳米线组装为组装体，为具有介观结构的纳米材料组装体的制备构建了模板；然后通过反应物的加入，制备得到了一系列纳米材料组装体。

因此，在第一个方面，本发明提供了一种有序的异质纳米线组装体的宏量制备方法(下面有时简称为“本发明的方法”)，该方法包括以下步骤：

1)制备一维柔性纳米线的组装体：取亲水性超长超细碲纳米材料，将其溶解在双亲性溶剂与非极性溶剂的混合液中；将溶有亲水性超长超细纳米材料的混合液滴加到朗格缪尔-布吉特膜槽所提供的水-空气的两相界面，到表面压不再减小时开始压膜，施加沿界面边沿向内的机械力以不断减小纳米材料薄膜的组装面积，直到所组装的纳米线薄膜出现褶皱时，把此时的压力设为目标压力，并保持该压力不变持续8～12小时，在气液界面形成有序的一维纳米线的单层薄膜；