最近，中科院近代物理研究所材料研究二組的科研人員利用重離子徑跡模板和電化學(xué)沉積技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了銅納米線晶體學(xué)特征的調(diào)控。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Nanotechnology 21(2010)365605上，并得到了審稿人的高度評(píng)價(jià)。文章發(fā)表后立即引起了英國物理學(xué)會(huì)社區(qū)網(wǎng)站nanotechweb.org的關(guān)注，并在第一時(shí)間以Copper nanowires tuned using ion track templates and electrochemical deposition為題對(duì)該研究成果進(jìn)行了報(bào)道。
材料科學(xué)的特點(diǎn)之一，就是通過控制材料的結(jié)構(gòu)特征而獲得所需的功能響應(yīng)，納米材料研究也不例外。實(shí)現(xiàn)納米材料的物理結(jié)構(gòu)可控制備不但對(duì)基礎(chǔ)研究至關(guān)重要，而且還可為納米材料的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。金屬納米線是一種橫向尺寸處于納米尺度的導(dǎo)線。由于具有優(yōu)異的電、光、磁與熱學(xué)性能，金屬納米線在微納電子器件、光電子器件、催化與傳感器等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。多年來，盡管國際上已發(fā)明了多種制備金屬納米線的物理化學(xué)方法，但是實(shí)現(xiàn)納米線物理結(jié)構(gòu)的控制依然具有挑戰(zhàn)性。
為了制備金屬納米線，近物所科研人員首先利用高能重離子加速器加速的高能重離子轟擊模板材料形成納米尺度的重離子潛徑跡，并對(duì)這些潛徑跡進(jìn)行化學(xué)蝕刻使其轉(zhuǎn)變成納米孔道，最后利用電化學(xué)沉積技術(shù)將不同金屬材料填充到納米孔道里形成納米線。銅納米線的研究結(jié)果表明，較低的沉積電壓和較高的溫度可形成單晶納米線，而相反的條件則可獲得多晶銅納米線，通過綜合控制電解液成份、沉積溫度和電壓等制備條件，分別可獲得沿[111]、[100]或[110]方向晶體學(xué)擇優(yōu)取向的納米線。對(duì)于多晶納米線，在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)的多晶納米銅的新奇力學(xué)性質(zhì)：Anti-Hall-Petch效應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)表明，重離子徑跡結(jié)合電化學(xué)沉積技術(shù)是一種可控制備金屬納米線的高度靈活的方法，并可實(shí)現(xiàn)更多材料如金、銀、鉑、鈷等納米線的結(jié)構(gòu)調(diào)控，進(jìn)而獲得所需的物理化學(xué)性質(zhì)。
本世紀(jì)初以來，近物所材料研究二組一直致力于發(fā)展基于重離子徑跡的納米材料可控制備與物理性質(zhì)研究。利用重離子徑跡模板結(jié)合電化學(xué)沉積技術(shù)，先后成功制備了金、銀、銅、鈀、鈷、硫化鎘、聚吡咯等金屬、半導(dǎo)體和聚合物納米線，并研究了其電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。通過與德國GSI亥姆霍茲重離子研究中心材料組合作，首次在重離子徑跡模板中可控合成了金納米線，并利用掃描隧道顯微鏡發(fā)現(xiàn)了多晶金納米線也具有類似于多晶納米銅的Anti-Hall-Petch效應(yīng)，發(fā)表在Nanotechnology 17(2006)1922上的研究結(jié)果得到了國際同行的認(rèn)可，論文引用已達(dá)40余次。
另外，合作團(tuán)隊(duì)還在國際上首次系統(tǒng)研究了金、銀、銅、鈀、鉑和鈷納米線陣列的表面等離子體共振特性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些金屬納米線陣列不僅支持表面等離子體共振，而且通過納米線直徑和長度、形狀、面密度和入射光角度等參數(shù)在很寬的光譜范圍內(nèi)對(duì)其實(shí)現(xiàn)調(diào)控。相關(guān)研究結(jié)果顯示，金屬納米線也許可應(yīng)用于表面增強(qiáng)光譜學(xué)、納米光學(xué)路由器、太陽能電池等應(yīng)用領(lǐng)域，為拓展金屬納米線的應(yīng)用范圍起到了推進(jìn)作用。部分研究成果已發(fā)表在Journal of Physical Chemistry C 113(2009)13583上。
上述研究得到了中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、甘肅省自然科學(xué)基金和近物所所長基金資助。
材料科學(xué)的特點(diǎn)之一，就是通過控制材料的結(jié)構(gòu)特征而獲得所需的功能響應(yīng)，納米材料研究也不例外。實(shí)現(xiàn)納米材料的物理結(jié)構(gòu)可控制備不但對(duì)基礎(chǔ)研究至關(guān)重要，而且還可為納米材料的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。金屬納米線是一種橫向尺寸處于納米尺度的導(dǎo)線。由于具有優(yōu)異的電、光、磁與熱學(xué)性能，金屬納米線在微納電子器件、光電子器件、催化與傳感器等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。多年來，盡管國際上已發(fā)明了多種制備金屬納米線的物理化學(xué)方法，但是實(shí)現(xiàn)納米線物理結(jié)構(gòu)的控制依然具有挑戰(zhàn)性。
為了制備金屬納米線，近物所科研人員首先利用高能重離子加速器加速的高能重離子轟擊模板材料形成納米尺度的重離子潛徑跡，并對(duì)這些潛徑跡進(jìn)行化學(xué)蝕刻使其轉(zhuǎn)變成納米孔道，最后利用電化學(xué)沉積技術(shù)將不同金屬材料填充到納米孔道里形成納米線。銅納米線的研究結(jié)果表明，較低的沉積電壓和較高的溫度可形成單晶納米線，而相反的條件則可獲得多晶銅納米線，通過綜合控制電解液成份、沉積溫度和電壓等制備條件，分別可獲得沿[111]、[100]或[110]方向晶體學(xué)擇優(yōu)取向的納米線。對(duì)于多晶納米線，在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)的多晶納米銅的新奇力學(xué)性質(zhì)：Anti-Hall-Petch效應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)表明，重離子徑跡結(jié)合電化學(xué)沉積技術(shù)是一種可控制備金屬納米線的高度靈活的方法，并可實(shí)現(xiàn)更多材料如金、銀、鉑、鈷等納米線的結(jié)構(gòu)調(diào)控，進(jìn)而獲得所需的物理化學(xué)性質(zhì)。
本世紀(jì)初以來，近物所材料研究二組一直致力于發(fā)展基于重離子徑跡的納米材料可控制備與物理性質(zhì)研究。利用重離子徑跡模板結(jié)合電化學(xué)沉積技術(shù)，先后成功制備了金、銀、銅、鈀、鈷、硫化鎘、聚吡咯等金屬、半導(dǎo)體和聚合物納米線，并研究了其電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。通過與德國GSI亥姆霍茲重離子研究中心材料組合作，首次在重離子徑跡模板中可控合成了金納米線，并利用掃描隧道顯微鏡發(fā)現(xiàn)了多晶金納米線也具有類似于多晶納米銅的Anti-Hall-Petch效應(yīng)，發(fā)表在Nanotechnology 17(2006)1922上的研究結(jié)果得到了國際同行的認(rèn)可，論文引用已達(dá)40余次。
另外，合作團(tuán)隊(duì)還在國際上首次系統(tǒng)研究了金、銀、銅、鈀、鉑和鈷納米線陣列的表面等離子體共振特性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些金屬納米線陣列不僅支持表面等離子體共振，而且通過納米線直徑和長度、形狀、面密度和入射光角度等參數(shù)在很寬的光譜范圍內(nèi)對(duì)其實(shí)現(xiàn)調(diào)控。相關(guān)研究結(jié)果顯示，金屬納米線也許可應(yīng)用于表面增強(qiáng)光譜學(xué)、納米光學(xué)路由器、太陽能電池等應(yīng)用領(lǐng)域，為拓展金屬納米線的應(yīng)用范圍起到了推進(jìn)作用。部分研究成果已發(fā)表在Journal of Physical Chemistry C 113(2009)13583上。
上述研究得到了中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、甘肅省自然科學(xué)基金和近物所所長基金資助。
