一種Ni亞微米管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬納米管的制備方法，具體涉及一種Ni亞微米管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，金屬納米管因具有獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的催化性能以及易修飾等特點(diǎn)，逐步發(fā)展成為一類重要的功能納米材料，在磁學(xué)、力學(xué)、傳感器、生物醫(yī)學(xué)、燃料電池和蓄電池等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。因此，引起了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。
[0003]目前，制備金屬納米管有很多方法。其中，模板法是制備金屬納米管的重要方法，即利用模板的納米級孔陣列，用物理、化學(xué)、電化學(xué)等方法將材料注入模板孔陣列，最終得到所需材質(zhì)納米管。常用模板包括陽極氧化鋁(ΑΑ0)模板、聚合物模板、介孔固體模板等，其中ΑΑ0模板由于具有納米級的高密度孔陣列、孔徑以及孔深可控等優(yōu)點(diǎn)，能夠用于組裝多種特定結(jié)構(gòu)的納米材料，在一維納米材料的制備中得到廣泛應(yīng)用。另外，還有利用化學(xué)鍍和電沉積方法制備了 Ni納米管陣列。例如，ff.Wang, N.Li, X.T.Li, ff.C.Geng，
S.L.Qiu，Mater Res Bull.1417-1423(2006)41 通過化學(xué)鍍方法制得了 Ni 納米管，但是，該方法需要引入Sn2+、Pd2+對模板孔壁進(jìn)行敏化或活化處理，從而導(dǎo)致合成的Ni納米管不純。X.R.Li, Y.Q.Wang, G.J.Song，Z.Peng, Y.M.Yu, X.L.She，J.J.Li, Nanoscale ResLett.1015-1020 (2009) 4利用電沉積法制備了 Ni納米管陣列，然而由于AAO模板存在絕緣阻擋層，在電沉積前，須在模板的一面噴鍍上導(dǎo)電金屬籽晶層。由此，不僅需要特殊的噴鍍設(shè)備，而且導(dǎo)電層在后處理過程中很難被完全去除。因此，開發(fā)探索一種工藝簡單、重復(fù)性好、成本低的Ni亞微米管的制備方法，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供了一種采用磁控濺射在陽極氧化鋁模板上通過熱處理制備Ni亞微米管的方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種Ni亞微米管的制備方法，先將基底和Ni靶材進(jìn)行清洗預(yù)處理；然后采用磁控濺射在基底上沉積Ni層；接著利用高真空對沉積后的模板進(jìn)行退火熱處理；最后用堿液溶解模板，除去模板后清洗，即得到Ni亞微米管。
[0006]進(jìn)一步，所述Ni亞微米管的制備方法，包括以下步驟:
[0007](1)基底和Ni靶材的預(yù)處理:首先將基底放入99.5%的丙酮中利用超聲波清洗10?15min，然后放入濃度為99.7%的無水乙醇中利用超聲波清洗10?15min，烘干后在真空度2.0?3.0X 10 4Pa下進(jìn)行反磁控派射清洗10?15min，其中，反磁控派射功率為60?120W，工作氣體為Ar，反磁控濺氣壓為1?2Pa ;隨后在真空度為0.5?IPa，對Ni靶材進(jìn)行磁控預(yù)派清洗10?15min ；
[0008](2)沉積Ni層:在工作真空度為0.4?0.8Pa，Ni靶材磁控濺射功率為50?120W條件下，沉積Ni 6?10h，每沉積1?2h停0.5h，且放置基底的樣品臺(tái)與Ni靶材間的間距為5?8 cm ；
[0009](3)熱處理:在真空度低于0.133Pa，升溫速率為10?20°C/min，退火溫度為300?500°C條件下，對沉積了 Ni層的基底進(jìn)行退火熱處理2?3h，然后在不關(guān)真空系統(tǒng)條件下，隨爐自然冷卻；
[0010](4)堿液溶解模板:將模板取出放入lmol/L的NaOH溶液中進(jìn)行溶解，除去模板后用去離子水洗滌，即得Ni亞微米管。
[0011]進(jìn)一步，所述基底為ΑΑ0模板，且孔型為V型，在制備工藝方面，ΑΑ0模板制備工藝極為成熟且工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)不同長徑比的多孔狀模板的制備，在制備成本方面，ΑΑ0模板制備成本低廉，適合大規(guī)模應(yīng)用，因此，ΑΑ0模板要優(yōu)于聚合物模板或云母模板；所述Ni靶材為純度為99.999%的金屬Ni，使用效果更好。
[0012]本發(fā)明采用磁控濺射方法，整個(gè)沉積工藝過程常溫即可進(jìn)行，工藝簡單易行且重復(fù)性好，成本低，清潔環(huán)保，適合于規(guī)?；瘧?yīng)用；制備所得的Ni亞微米管高度有序，內(nèi)外徑基本一致，并可采用不同規(guī)格的ΑΑ0模板制備不同長度和內(nèi)外徑的Ni亞微米管，以滿足實(shí)際需要。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ni亞微米管的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ni亞微米管的掃描電子顯微鏡(SEM)截面圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的Ni亞微米管的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌圖。
[0016]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制備的Ni亞微米管的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步加以說明。
[0018]實(shí)施例1
[0019]1、設(shè)備、材料
[0020]采用SD-550超高真空多功能磁控濺射設(shè)備(成都盛達(dá)興業(yè)化工工程有限公司)；所用基底為商業(yè)用ΑΑ0模板(Lesson Nano公司)；所用濺射金屬Ni純度為99.999%;工作氣體Ar純度為99.999%。
[0021]2、Ni亞微米管的制備
[0022](1)基底和Ni靶材預(yù)處理
[0023]a、清洗基底:首先將基底放入99.5%的丙酮中利用超聲波清洗機(jī)清洗15min，然后放入濃度為99.7%的無水乙醇中利用超聲波清洗機(jī)清洗lOmin，烘干后將其放入超高真空多功能磁控濺射設(shè)備真空室，待其真空度達(dá)到3.0X 10 4Pa后，然后進(jìn)行反濺清洗lOmin，去除ΑΑ0模板上的雜質(zhì)，所述濺射設(shè)備的反濺功率為60W，工作氣體為Ar，反濺氣壓為2Pa ;
[0024]b、清洗Ni靶材:在對基底反濺完成后，停止通入工作氣體Ar，真空計(jì)顯示本底真空為3.0 X 10 4Pa，隨后向真空室通入工作氣體Ar至真空度為0.8Pa，對Ni靶材進(jìn)行預(yù)濺清洗lOmin，以去除Ni革El材上面的氧化物。
[0025](2)沉積Ni層:在真空室本底真空度為3.0X 10 4Pa，工作氣體為Ar，流量為30SCCm，沉積時(shí)工作真空度為0.4Pa，Ni靶材濺射功率為80W，沉積總時(shí)間為9h，每沉積2h停0.5h，防止短路等情況產(chǎn)生，且放置基底的樣品臺(tái)與Ni靶材間的間距為6cm。
[0026](3)模板熱處理:在快速退火爐真空度低于0.133Pa，升溫速率為20°C /min，退火溫度為500°C，對沉積了 Ni層的模板進(jìn)行熱處理2h，然后在不關(guān)真空系統(tǒng)條件下，隨爐自然冷卻。
[0027](4)堿液溶解模板:將模板取出放入lmol/L的NaOH溶液中進(jìn)行溶解，除去模板后用去離子水洗滌，即得Ni亞微米管。
[0028]采用掃描電子顯微鏡(SEM)對其進(jìn)行表征，見圖1和圖2。由圖1和圖2可知，實(shí)施例1制備的Ni亞微米管高度有序、內(nèi)外徑基本一致、排列規(guī)則。
[0029]測定實(shí)施例1制備的Ni亞微米管的沉積總時(shí)間為9h，Ni亞微米管的長度約2 μ m與所用ΑΑ0模板的孔深基本一致，其外徑約為400nm與所用ΑΑ0模板的孔徑基本一致，內(nèi)徑約為300nm，管壁厚約50nm。實(shí)施例2
[0030]1、設(shè)備、材料
[0031]采用SD-550超高真空多功能磁控濺射設(shè)備(成都