[发明专利]一种纳米管材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备工艺，特别是一种纳米管材料的制备方法，属于材料科学领域。

背景技术

碳纳米管由于其优异而独特的物理化学性能，已成为纳米科学和纳米技术中最为重要的一类材料。其它材料，当它们的尺寸减小到和决定物化性能的特征长度相当或更小的时候，也会表现出一些列与块材完全不同的性能。制备、了解，控制和利用材料的纳米尺寸和表面效应对纳米科技来说是一个巨大的挑战。

目前除了碳纳米材料，很多种类的纳米颗粒，纳米线和纳米薄膜都被合成出来。但是还缺乏有效方法制备一些形状较为复杂的纳米材料。其中纳米管的制备就是一个挑战。与纳米颗粒相比，纳米管具有各向异性，可以排列成阵列，具有特殊的光学、磁学，力学和热学性能，在生物传感、核磁共振成像等方面有广泛的应用前景。

光刻可以用来制备形状复杂的微观结构，但大部分普通光刻尺寸在微米和亚微米尺度。虽然有能够制备纳米尺度结构的光刻手段，但是这些技术一般成本高，步骤多，操作复杂并且产率低。更重要的时这种方法不能制备大长径比的结构，另外不能便利地改变制备材料尺寸。所以现有的大部分纳米管制备都利用化学方法，常用的是利用多孔氧化铝或者是聚碳酸酯薄膜的纳米孔在内壁上成膜。通常的方法先做内壁修饰然后通过电化学或无电沉积来制备管状结构，也有通过部分盖多孔薄膜作为电极然后进行生长。这些方法无法有效控制生长，纳米管的均匀性不能得到保证，经过一段时间生长孔会关闭，无法得到小尺寸、大长径比、均匀的纳米管结构，特别是多层的纳米管结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米管材料的制备方法，其具有简单易操作、可控性好，成本低廉等特点，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种纳米管材料的制备方法，包括：

提供包含至少一纳米孔的模板，并在所述纳米孔内生长牺牲材料；

生长保护材料，至少用以掩盖所述牺牲材料的一端面；其后至少去除模板的部分层面材料，至少使部分牺牲材料和所述保护材料从模板中露出；

围绕自所述模板中露出的牺牲材料生长选定材料，从而形成纳米管结构。

进一步的，该制备方法还可包括：至少去除所述牺牲材料和保护材料，获得所述纳米管材料。

进一步的，该制备方法中可选用但不限于电化学沉积、无电沉积方式中的任一种生长所述选定材料从而形成所述纳米管结构。其中，通过调整电化学沉积、无电沉积等工艺中的工艺条件等，可很容易的实现纳米管的材料，壁厚，孔径和长径比的有效控制。  

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：该纳米管材料的制备工艺无需微纳加工，无需复杂设备，简单易操作，可控性良好，成本低，产率高，并且所获纳米管材料的组分、形貌（如内径、长度和壁厚等）易于调控，特别是，可获得大长径比，尤其是内径可小至15纳米的、尺寸均匀的纳米管材料。并且，该纳米管材料的制备工艺除了可制备单种材料的纳米管之外，还可以用于多层纳米管结构的制备。

附图说明

图1a是本发明一较为优选的实施方案中一种纳米管材料的制备工艺流程图；

图1b是本发明一较为优选的实施方案中一种多层纳米管材料的制备工艺流程图；

图2是本发明一实施例中在聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯双层膜中利用电化学生长形成的镍纳米结构的扫描电镜照片；

图3是本发明一实施例中在聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯双层膜中利用电化学沉积方式形成的的镍纳米线及氧化锌保护材料层的扫描电镜照片。

具体实施方式

如前所述，鉴于现有的纳米管等复杂结构材料的制造工艺的诸多缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践后，提出了本发明的技术方案，其主要涉及一种纳米管材料的制备方法，并包含如下内容：

提供包含至少一纳米孔的模板，并在所述纳米孔内生长牺牲材料；

而后生长保护材料，至少用以掩盖所述牺牲材料的一端面；

其后至少去除模板的部分层面材料，至少使部分牺牲材料和所述保护材料从模板中露出；

之后围绕自所述模板中露出的牺牲材料生长选定材料，从而形成纳米管结构。

进一步的，该方法还可包括：至少去除所述牺牲材料和保护材料，获得所述纳米管材料。

当然，更进一步的，还可将前述模板等亦完全去除，获得离散形态的纯净纳米管材料。