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金属纳米线的合成与组装
胡晓歌 王 铁 程文龙 汪尔康 董绍俊*
(中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室,长春130022)
摘 要 金属纳米线以它独特的光学和电学性质以及在纳米级电子线路中的应用潜力,受到人们越来越多
的关注.本文介绍了金属纳米线的合成方法及其二维有序组装体系研究的最新进展,展望了纳米材料未来的
研究方向和发展趋势.
关键词 金属纳米线,二维组装体系,长径比,评述
2003-12-23收稿;2004-04-27接受
本文系国家自然科学基金资助项目(No.02075037,No.29975028)
1 引 言
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构
成的材料.基本单元包括零维的纳米粒子,一维的纳米线及二维的纳米薄膜.纳米结构由于它具有纳
米微粒的特性,如量子尺寸效应,小尺寸效应,表面效应和宏观量子隧道效应等特点,又存在由纳米结构
组合引起的新的效应,如量子耦合效应和协同效应等,从而表现出独特的电子学,光学和催化性质,使它
们成为表面纳米工程和构建功能化纳米结构的理想材料.纳米粒子的性质与粒子的形状也有很强的依
赖关系.一维纳米线[1～11]由于形状上的各向异性,带来了更加复杂的物理性质和自组装行为,引起了
人们广泛的关注.如果它们能被有序地,合理地组装成二维结构,将有利于研究尺寸和形状对它们的光
学,磁性和电子特征的影响,并在制造实用的新型量子器件方面有广阔的应用前景.
2 金属纳米线的合成方法
金属纳米结构的性质与其尺寸和形状有很大关系.因此,发展简便的,形状和尺寸可控的,合成方
法尤其重要.制备金属纳米线的合成方法主要有以下几种.
2.1 硬模板法
人们所使用的纳米孔薄膜大致有两类,即"径迹蚀刻"聚合物薄膜[12]和多孔Al2O3薄膜[13,14].
Al2O3薄膜通过金属Al在酸性溶液中阳极化制得,这类薄膜具有许多六角阵列方式排布的,孔径均匀
一致的圆柱形孔."径迹蚀刻"聚合物薄膜是用核裂变碎片轰击预定材料的无孔膜片,并在材料上产生
损伤痕迹,然后通过化学蚀刻使这些径迹变为孔.这些薄膜多是由聚碳酸酯制得.此外,可作为硬模板
的还有碳纳米管[15,16],以及纳米孔道阵列玻璃[17],大孔径的新型介孔沸石[18]等.Martin小组扩展了模
板合成法,并用这种技术制备出了一系列微米和纳米材料,包括由导电聚合物[19～22],金属[23～25],半导
体[26,27],碳[28]以及其它材料构成的纳米管和纳米纤维.由于这些薄膜的小孔孔径均匀一致,因而可以
获得类似的单分散纳米结构,并且可以方便地同模板薄膜分离和收集使用.模板合成纳米结构中所涉
及的化学过程或方法有电化学沉积,无电沉积,化学聚合反应,溶胶-凝胶沉积(主要用于无机半导体材
料)和化学气相沉积.Martin等[29]还在模板合成方法的基础上,制备出金纳米盘式电极系统.这种直
径只有10nm的盘式电极系统的出现使得在高电阻媒介质中进行电化学研究和材料制备成为可能,为
氧化还原过程动力学机制的研究提供了新的,强有力的手段.另外,在聚碳酸酯薄膜上无电沉积Au到
模板薄膜孔壁上,控制沉积时间,就可以在每个孔内形成不同内径的Au纳米管,可作为分子筛,具有离
第32卷
2004年9月

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