一種銅磁性金屬聚合物同軸三層納米電纜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)及制備方法，尤其是涉及一種銅@磁性金屬@聚合物同 軸三層納米電纜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管自1991年發(fā)現(xiàn)以來，由于其具有優(yōu)良的性能，倍受研究者的青睞。研究 也由最初的碳納米管擴(kuò)展為聚合物納米管，金屬氧化物納米管和金屬納米管等。隨著研究 的不斷深入，復(fù)合納米材料的應(yīng)用范圍更加廣泛，材料的性能更能得到體現(xiàn)。磁性納米材料 由于其獨(dú)特的磁性能，在磁儲存器、垂直磁記錄儀、醫(yī)療傳感器和納米電子器件等領(lǐng)域擁有 廣泛的應(yīng)用前景，從而成為材料科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)。目前主要以鐵磁性金屬為研究對象，比 如鐵、鈷、鎳。不少學(xué)術(shù)論文報道鐵、鈷、鎳納米線的制備與磁性的研究。多數(shù)金屬容易制備 成納米線結(jié)構(gòu)，而難于成管狀，少數(shù)學(xué)術(shù)論文也報道鐵、鈷、鎳納米管的制備，限制了其性能 發(fā)揮和應(yīng)用范圍。
[0003] 近年來人們開發(fā)除了復(fù)合納米材料，其中異質(zhì)包覆是一種有效的提高納米材 料線化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的方法，即在納米線外部形成一層包覆層，這樣即保護(hù)了 納米線，又不影響其本身的性質(zhì)。專利號為200710022640. 2(公開號CN 101071663A) 的中國專利公開了一項PbOPVA超導(dǎo)納米同軸電纜的制備方法。該發(fā)明是用水合法制 備了 PbOPVA超導(dǎo)納米同軸電纜，該電纜具有良好的抗氧化性與超導(dǎo)電性。專利號為 200410075522. 4(CN1787123A)的中國專利公開了一項聚合物包覆層同軸納米電纜的制備 方法。該發(fā)明借助氧化鋁AAO模板，分別用溶液和熔融法制備聚合物納米管，然后在聚合物 納米管中沉積Pt納米線制備了聚合物包覆層同軸納米電纜。這兩份申請公開的雙層納米 管的內(nèi)核都是納米線，不適于制備陳列排布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為此，本發(fā)明提供一種銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜及其制備方法，其 具有較好的磁學(xué)性能，工藝簡單，長度容易控制。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜，包括銅納米線，包覆在所述銅納米 線外側(cè)的磁性金屬納米管以及包覆在所述磁性金屬納米管外側(cè)的聚合物納米管。
[0007] 所述銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜的外徑為100-300nm ;所述磁性金 屬納米管的內(nèi)徑為60-160nm，磁性金屬納米管的厚度為10-20nm。
[0008] -種銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜的制備方法，包括下述步驟：
[0009] Sl、制備聚合物納米管
[0010] 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-30%的聚合物溶液涂覆在多孔模板表面，將多孔模板平放在溶液 上，靜置1-5分鐘，所述聚合物溶液在毛細(xì)管力和溶劑揮發(fā)所帶來的驅(qū)動力的作用下沿所 述多孔模板的微孔內(nèi)壁生長，溶劑揮發(fā)后形成聚合物納米管；
[0011] S2、制備磁性金屬@聚合物同軸雙層納米管
[0012] 將載有聚合物納米管的多孔模板固定到基板上，然后置于離子濺射儀中噴鍍 85-95min金膜，再將其置于電解質(zhì)溶液中，在0. 1-5V恒電壓條件下在所述聚合物納米管內(nèi) 部電化學(xué)沉積30-120min，形成磁性金屬納米管，所述聚合物納米管和所述磁性金屬納米管 為磁性金屬@聚合物同軸雙層納米管；
[0013] S3、制備銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜
[0014] 將載有磁性金屬@聚合物同軸雙層納米管的多孔模板將置于銅電解質(zhì)溶液中，在 0. 1~3V恒電壓條件下在所述磁性金屬納米管內(nèi)部電化學(xué)沉積60-180min，形成銅納米線， 所述聚合物納米管、磁性金屬納米管和銅納米線形成銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米 電纜；
[0015] S4、將步驟S3制備的載有銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜的薄膜置于強(qiáng) 堿溶液中，所述強(qiáng)堿溶液腐蝕掉所述多孔模板后，即得銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米 電纜。
[0016] 優(yōu)選地，所述的步驟Sl為：
[0017] 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-8%的聚合物溶液涂覆在基板上，再將多孔模板置于聚合物溶液 上且與所述基板平行設(shè)置，靜置1-5分鐘，所述聚合物溶液在毛細(xì)管力和溶劑揮發(fā)所帶來 的驅(qū)動力的作用下沿所述多孔模板的微孔內(nèi)壁生長，溶劑揮發(fā)后形成聚合物納米管，取下 載有聚合物納米管的多孔模板，并去除多孔模板表面的聚合物。
[0018] 所述的聚合物溶液為聚苯乙烯類、聚酰胺類、聚丙烯酸酯類、聚酯類、聚醚類、含氯 聚合物、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂中的一種或其中幾種組合物的溶液。
[0019] 所述多孔模板的孔徑100_300nm，多孔模板的厚度為40-80 μπι ;所述多孔模板為 多孔氧化鋁模板或多孔氧化硅模板。
[0020] 優(yōu)選地，所述的步驟S2中：所述的磁性電解質(zhì)溶液中的磁性金屬離子的濃度為 0. l-5mol/L，所述磁性金屬離子為鐵、鈷、鎳金屬離子；所述電化學(xué)沉積條件為：在0. 1-5V 恒電壓條件下電化學(xué)沉積30-90min，Pt作對電極，甘汞電極作參比電極，最后用水將載有 磁性金屬@聚合物同軸雙層納米管的多孔模板清洗干凈。
[0021] 所述步驟S2中：所述磁性電解質(zhì)溶液為磁性金屬鹽、氯化鉀和硼酸混合溶液；所 述磁性金屬鹽為7水硫酸亞鐵，6水硫酸鎳或6水硫酸鈷；在I. 2-2. OV恒電壓條件下電化 學(xué)沉積7水硫酸亞鐵，在0. 8-3V電壓條件下電化學(xué)沉積6水硫酸鎳，在I. 0-2. 5V電壓條件 下電化學(xué)沉積6水硫酸鈷；
[0022] 所述步驟S3中：所述銅的電解質(zhì)溶液為5水硫酸銅和硫酸的混合溶液，銅離 子濃度為〇. l_2mol/L ;所述電化學(xué)沉積條件為：在0. 1-3V恒電壓條件下電化學(xué)沉積 60-180min，Pt作對電極，飽和甘汞做參比電極，沉積結(jié)束后用去離子水將銅@磁性金屬@聚 合物同軸三層納米電纜的薄膜清洗干凈，備用。
[0023] 將S3制備的載有銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜固定在載玻片上，置于 強(qiáng)堿溶液中溶解5-12h ;所述強(qiáng)堿溶液為濃度為4-6mol/L氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或 氫氧化鋰溶液。
[0024] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0025] 發(fā)明提供的CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜，包括銅納米線，包覆在所述 銅納米線外層的磁性金屬納米管以及包覆在所述磁性金屬納米管外側(cè)的聚合物納米管。所 述銅@磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜的外徑為100-300nm ;所述磁性金屬納米管的 內(nèi)徑為60-160nm，磁性金屬納米管的厚度為10-20nm ;所述銅納米線的內(nèi)徑為60-160nm。采 用圖4和圖5所示結(jié)構(gòu)的CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜具有較好的磁學(xué)性能， 較高的強(qiáng)度，且不易被腐蝕。
[0026] 更進(jìn)一步地，本發(fā)明的CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜的制備方法是在 多孔模板的微孔內(nèi)利用毛細(xì)管力和溶劑揮發(fā)所帶來的驅(qū)動力的作用下，使所述的聚合物溶 液沿所述多孔模板的微孔內(nèi)壁生長，溶劑揮發(fā)后形成聚合物納米管，再采用電化學(xué)沉積依 次在聚合物納米管內(nèi)形成磁性金屬納米管和銅納米線。所述的聚合物納米管、磁性金屬納 米管和銅納米線為同軸設(shè)置，制備方法簡單，重現(xiàn)性好。
[0027] 本發(fā)明提供的制備方法可以通過根據(jù)多孔模板的形狀制備各種陣列的CuO磁性 金屬@聚合物同軸三層納米電纜陣列，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0028] 圖1是聚苯乙烯納米管的掃描電鏡照片；
[0029] 圖2是聚苯乙烯納米管包覆鎳納米管形成的磁性金屬@聚合物同軸雙層納米管的 掃描電鏡（SEM)照片；
[0030] 圖3是聚苯乙烯納米管包覆鎳納米管形成的磁性金屬@聚合物同軸雙層納米管的 透射電鏡（TEM)照片；
[0031] 圖4是CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜的掃描電鏡（SEM)照片；
[0032] 圖5是CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜的透射電鏡照片（TEM)。
【具體實施方式】
[0033] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實 施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0034] 本發(fā)明可以以許多不同的形式實施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實施例。 相反，提供這些實施例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給 本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來限定。
[0035] 本發(fā)明中CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜中@代表包覆的意思，CuO磁 性金屬@聚合物是指聚合物包覆磁性金屬納米管，磁性金屬納米管包覆銅納米線形成的三 層同軸納米電纜。其中銅為芯層，磁性納米管為中間層，聚合物納米管為外殼，銅納米線，磁 性納米管和聚合物納米管三者同軸。
[0036] 本發(fā)明中的CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜陣列，陳列排布同多孔模板 中微孔的排布，如多孔模板中的微孔排布呈長方形，則CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米 電纜陣列為長方形；如多孔模板中的微孔排布呈正方形，則CuO磁性金屬@聚合物同軸三層 納米電纜陣列為正方形，以此類推。
[0037] 實施例1
[0038] 本實施例的CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜，包括銅納米線，包覆在所述 銅納米線外層的鎳納米管，以及包覆在所述鎳納米管外側(cè)的聚苯乙烯納米管。CuO磁性金 屬@聚合物同軸三層納米電纜的外徑為100_300nm ;磁性金屬納米管的內(nèi)徑為60-160nm，管 壁厚度為l〇nm，所述銅納米線的直徑為60-160nm，由于銅納米線是由磁性金屬納米管包覆 的，所以銅納米線的直徑的尺寸和磁性金屬納米管的內(nèi)徑的尺寸一致。
[0039] 制備上述CuO磁性金屬@聚合物同軸三層納米電纜的原材料為：
[0040] 市售注塑級PS ;市售分析純二氯甲烷；市售氫氧化鈉；市售分析純6水硫酸鎳；市 售分析純氯化鉀；市售分析純硼酸；市售分析純5水硫酸銅，市售分析純硫酸
[0041] 多孔氧化錯AAO模板：多孔AAO模板，Whatman公司生產(chǎn)，模板直徑為