一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法

摘要

本发明涉及一种一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法，包括：A、模板：准备具有均匀分布的通孔的模板，所述模板包括：氧化铝模板、苯胺模板、多肽膜；B、直流电沉积：b1、直流电沉积：将步骤a4制得的氧化铝模板的一面溅射上一层银作为阴极，待镀金属作阳极，放入电镀槽中，待镀金属盐溶液为电镀液；以及b2、参数控制：在步骤b1的阴极、阳极间加上设定的电压，保持电路电流恒定在2～4V，控制沉积时间，即得到生长在模板孔中的密排六方金属纳米线阵列。

说明书

技术领域

本发明属于磁性一维纳米线阵列的制备技术领域，涉及一种一维密排 六方晶体结构镍纳米线的制备方法。

背景技术

相比面心立方（fcc）晶体结构的镍（Ni），密排六方（hcp）晶体结构 的镍（Ni）因为能量较高是一种非稳相，在自然界中不能稳定存在。然而 正因为能量高不稳定，在向稳定相转变时能够放出能量。因此利用这一特 点可能开发出相变能量转换器件。

密排六方镍（简称为hcpNi）相最初发现于快速凝固形成的合金薄膜 中，随后又有水热法合成hcpNi相纳米颗粒的报道。

合金薄膜中的hcpNi相分离很困难，纳米颗粒中的hcpNi相尺寸很小， 生长过程难于控制，因此需要开发新的方法制备hcpNi相的材料。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备 方法，以克服现有技术所存在的合金薄膜中的密排六方晶体结构的镍相分 离很困难，纳米颗粒中的密排六方晶体结构的镍相尺寸很小，生长过程难 于控制的缺点和不足。

本发明的工作原理：通过合理选择的电镀液配方和工艺参数，电沉积 制备出hcpNi纳米线。

本发明利用电化学方法，合理选择电镀液配方和工艺参数，在氧化铝 模板孔中制备具有密排六方晶体结构的镍纳米线。这种方法简单易行，可 控性很强。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法，包括以下步骤：

A、模板：

准备具有均匀分布的通孔的模板，所述模板包括：氧化铝模板、多碳 膜；

B、直流电沉积：

b1、直流电沉积：将模板的一面溅射上一层银作为阴极，待镀金属作 阳极，放入电镀槽中，待镀金属盐溶液为电镀液；以及

b2、参数控制：在步骤b1的阴极、阳极间加上设定的电压，保持电路 电压恒定，控制沉积时间，即得到生长在模板孔中的密排六方晶体结构的 镍纳米线阵列。

进一步，本发明一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法还可以具 有这样的特征：所述氧化铝模板的制备过程，包括以下步骤：

a1、第一次阳极氧化：去油抛光后的铝片作为阳极，铜为对电极，在 酸性电解液中，温度保持在0℃。电极间电压为40V，阳极氧化12h，在铝 片的表面生成氧化铝层；

a2、第一次除去氧化铝层：采用铬酸和磷酸混合溶液除去生成的氧化 铝层，洗净；

a3、第二次阳极氧化：将步骤a2除去氧化铝层后的铝片作为阳极，铜 为阴极，进行第二次阳极氧化，在酸性电解液中，温度保持在0℃，电极间 电压为40V，阳极氧化时间为2~3h，经过第二次阳极氧化后，铝片表面就 形成均匀分布氧化铝孔道阵列，在孔道底部和铝片结合处有一层薄的阻挡 层；以及

a4、除去阻挡层和扩孔：采用酸性氯化铜溶液除去剩余的氧化铝层， 所述酸性氯化铜溶液为15g CuCl₂+30ml 35wt%盐酸+270ml水；然后用 5wt%磷酸溶液去阻挡层，洗净，烘干，形成具有均匀分布的通孔的氧化铝 模板；

进一步，本发明的一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法还可以 具有这样的特征：步骤a1和a3中，所述电解液采用磷酸、草酸、硫酸的 任一种。

进一步，本发明的一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法还可以 具有这样的特征：按照重量比，步骤a2中，按照重量比，所述15wt%铬酸 和10wt%磷酸的体积比为1：5。

进一步，本发明的一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法还可以 具有这样的特征：步骤a3中，所述阳极氧化时间为2h。进一步，本发明的 一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法还可以具有这样的特征：步骤 b1中，阳极为镍，所述电镀液含220g/l NiSO₄·6H₂O,30g/l NiCl₂and 10g/l H₃BO₃。

进一步，本发明的一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法还可以 具有这样的特征：步骤b2中，所述沉积时间1～10min。

进一步，本发明的一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法还可以 具有这样的特征：步骤b2中，所述电压恒定在电压恒定在2~4V之间的某 一值。

本发明的有益效果：

本发明是对原有电化学沉积基础上经过对电镀液配方和工艺参数改进 而成，具有简单易行的特点。

本发明制得的密排六方镍纳米线可以整根纳米线都是hcp晶体结构。

直流电沉积过程与已有的直流电沉积技术，但是电解液配方和工艺参 数与以往沉积技术不同，不同之处在于，采用高Ni²⁺浓度电镀液配方，控 制待镀电极在高过电势时气泡的产生，而高过电势产生了具有较高能量的 非稳相排六方镍。

附图说明

图1为密排六方晶体结构镍纳米线的低倍形貌照片，插图是相应的选 区电子衍射。

图2为与图1对应的高分辨照片及相应的傅立叶变换得到的衍射。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例 仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或厂 商提供的条件进行。

实施例

本发明制备纳米线是通过合理选择电镀液和电沉积参数在模板孔中直 流电沉积制备Ni纳米线。包括制备具有均匀分布的通孔的模板和直流电沉 积两个过程。

一维密排六方晶体结构镍纳米线的制备方法，采用氧化铝模板直流电 沉积，具体包括以下步骤：

A、模板：

准备具有均匀分布的通孔的模板，模板包括：氧化铝模板、多碳膜。

其中，多碳膜为市售。

实施例1以氧化铝模板为例，氧化铝模板的制备过程，包括以下步骤：

a1、第一次阳极氧化：去油抛光后的铝片作为阳极，铜为对电极，电 解液采用磷酸，温度保持在0℃。电极间电压为40V，阳极氧化12h，在铝 片的表面生成氧化铝层。

a2、第一次除去氧化铝层：按照重量比，采用铬酸15wt%和磷酸10wt% 的体积比为1：5混合液除去生成的氧化铝层，洗净。

a3、第二次阳极氧化：将步骤a2除去氧化铝层后的铝片作为阳极，铜 为阴极，进行第二次阳极氧化，在酸性电解液中，温度保持在0℃，电极间 电压为40V，阳极氧化2~3h。

经过第二次阳极氧化后，铝片表面就形成均匀分布氧化铝孔道阵列， 在孔道底部和铝片结合处有一层薄的阻挡层。

a4、除去阻挡层和扩孔：采用酸性氯化铜溶液除去剩余的氧化铝层， 用5wt%磷酸溶液去阻挡层，洗净，烘干，形成具有均匀分布的通孔的氧化 铝模板。

其中，酸性氯化铜溶液15g CuCl₂分析纯+30ml 35wt%盐酸分析纯 +270ml水。

步骤a1和a3中，酸性电解液除了磷酸还可以采用硫酸、草酸的任一 种。

B、直流电沉积：

b1、直流电沉积：将步骤a4制得的氧化铝模板的一面溅射上一层银作 为阴极，待镀金属作阳极，比如阳极为镍，放入电镀槽中，待镀金属盐溶 液为电镀液，电镀液含220g/l NiSO₄·6H₂O,30g/l NiCl₂and 10g/l H₃BO₃。

b2、参数控制：在步骤b1的阴极、阳极间加上设定的电压，保持电路 电压恒定在2~4V之间的某一值，控制沉积时间，即得到生长在氧化铝模 板孔中的密排六方金属纳米线阵列。

纳米线长度可由沉积时间长短来控制。步骤b2中，实施例1的沉积时 间1～10min。

表1本发明制备的产品与现有技术的比较

图1为密排六方晶体结构镍纳米线的低倍形貌照片，插图是相应的选 区电子衍射。图2为与图1对应的高分辨照片及相应的傅立叶变换得到的 衍射。如图1和图2所示，两根镍纳米线的形貌照片及相应的电子衍射， 可见制得的镍纳米线表面光滑且为密排六方晶体结构。

实施例1为本发明的较佳实施例，电压恒定在4V。纳米线长度可由沉 积时间长短来控制。如沉积时间为1min，得到的密排六方晶体结构镍纳米 线，参见图1和图2。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限， 只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。