一種基于石墨烯的納米線陣列的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子工藝領域和儀器儀表技術領域，特別涉及一種基于石墨烯的納米線陣列的制備方法。
【背景技術】
[0002]一維納米材料是目前的研宄熱點之一[姚愛麗、呂桂琴、胡長文，銀納米修飾電極的制備及電化學行為[J]，無機化學學報，2006，22出):1099-1102]。這種材料在熱點器件、發(fā)光器件等領域都有著廣泛的應用前景。由于一維納米材料所具有的體積效應、表面效應、量子尺寸效應和隧道效應等納米材料所特有的效應[郭玉國，納米線的電化學模板法制備與表征，青島大學碩士學位論文，2001]，其應用也受到了越來越廣泛的注意。
[0003]一直以來，人們對納米線的研宄主要集中在其性能的表征和應用上，例如熱電器件[Mildred S.Dresselhaus 等，New Direct1ns for Low-Dimens1nalThermoelectricMaterials[J]，Adv.Mater.2007，19，1043 - 1053]、太陽能電池[Xavier Mathew等,Structural and opto~electronic properties of electrodeposited CdTe onstainless steel foil, Solar Energy Mat er i a I s&So I ar Cells, 1999，59:99-114]等方面。納米線的生長工藝往往僅作為器件研宄的一部分予以介紹，尤其對納米線生長的均一性缺乏有效的控制手段。原因主要有如下幾點:(I)納米線的直徑(幾十納米量級)與器件的整體尺寸(幾毫米量級)相差5個左右數(shù)量級，使得不可能一一控制納米線的生長環(huán)境，只能從宏觀加以控制；(2)宏觀生長環(huán)境下的微觀環(huán)境有很多不均勻性，如溶液的濃度梯度、電場隨空間分布情況以及溶液內(nèi)的溫度分布等都會影響納米線的生長。這些條件在微觀下的變化規(guī)律常常難以直接用宏觀分布來描述，控制更難，使得不同納米線經(jīng)常具有不同的生長速率；(3)很多時候不同納米孔洞被溶液浸潤的速度不同，使得不同空隙中電沉積開始的時間也不一樣，這也導致了納米線生長的不均勻性。
[0004]我們前面的工作采用化學機械拋光[郭甜薇，用于微型溫差發(fā)電機的納米線陣列制備與集成，清華大學工程碩士學位論文，2014]的方法來保證最終器件納米線長度的一致性。然而，化學機械拋光的方法容易對器件造成損傷，如磨損或破碎等，使得這種方法具有一定局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯的納米線陣列的制備方法，旨在提供一種控制電化學沉積納米線長度均一性的方法。其原理是:本發(fā)明通過在多孔模板兩側(cè)制作電極(電極A和電極B)的方法，在模板孔的兩側(cè)形成壓降。當模板被電解液浸潤的時候，所述壓降就會被加載到電解液上，從而導致電沉積過程的開始，即模板空隙內(nèi)的納米線開始從一側(cè)電極(電極A)處生長。在納米線生長過程中，由于納米線的電導率遠遠高于電解液的電導率，使得模板兩側(cè)所加壓降的絕大部分仍然加載到電解液上，而不隨納米線的生長而迅速降低，這可以保證納米線生長過程相對平穩(wěn)。在某些納米線生長到模板另一側(cè)電極B附近時，由于電極B和納米線頂端距離變得非常小，使得電解液上壓降明顯變低，進而使得對應空隙內(nèi)納米線生長停止，而其他孔洞內(nèi)生長相對緩慢的納米線則繼續(xù)生長，直到所有納米線長到電極B附近，所有孔洞內(nèi)納米線生長停止，最終獲得均勻的納米線陣列。
[0006]一種基于石墨烯的納米線陣列的制備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟I，在多孔模板兩側(cè)分別制作電極A和電極B，將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至多孔模板的一側(cè)，抽濾后得到多孔石墨烯薄膜作為一側(cè)電極，即電極B;而電極A為濺射得到的金屬電極；
[0008]步驟2，電極A和電極B分別與電源相連，并浸入裝有電解液的溶液槽中，直至生長出均勻的納米線陣列。
[0009]所述步驟I中采用的多孔模板為多孔氧化鋁模板，簡稱“AAO”模板，其厚度為300微米。
[0010]本工藝適用于電化學工藝沉積納米線?？纱擞肂i離子和Te離子在多孔氧化鋁模板上電化學沉積BixTey納米線，其中x>0，y>0。所述步驟2中電解液為Te02、BiN05H -Bi (OH)和順03的混合溶液，其中TeO 2的濃度為10mmol/L，BiNO 5Η.Bi (OH)的濃度為7.5mmol/L，順03的濃度為lmol/L0
[0011]所述步驟2中所述電源提供的沉積電位為-0.068V?-10V。
[0012]本發(fā)明提供了一種基于石墨烯的納米線陣列的制備方法，具體原理說明如下:
[0013]本發(fā)明通過在多孔模板兩側(cè)制作電極(電極A和電極B)的方法，在模板孔的兩側(cè)形成壓降。工藝所需的樣品結(jié)構(gòu)如圖1所示，如圖1所示，I為電極B，2為多孔模板，3為電極A，4為完整樣品不意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的原理示意圖，其中5為電路連線，6為電源，7為電解液槽；7電解液槽中有電解液，可以浸泡完整樣品4。
[0015]本發(fā)明更詳細的原理在圖3、圖4、圖5中敘述，為了描述方便，假定在某一多孔模板中取3個不同孔洞，分別將它們編號為8、9、10。
[0016]電沉積剛剛開始時的情形如圖3所示，此時完整樣品4已被電解液槽7中的電解液浸泡，電極A(3)和電極B(I)之間由電源6提供電位差。此時納米線(8、9、10中黑色塊表示)剛剛開始生長。由于微觀環(huán)境不盡相同的原因，它們的長度并不完全相同。
[0017]電沉積進行一段時間后的情形如圖4所示，此時完整樣品4被電解液槽7中的電解液浸泡，電極A(3)和電極B(I)之間由電源6提供電位差。在納米線生長過程中，由于納米線的電導率遠遠高于電解液的電導率，在納米線頂端距離電極B (I)尚比較遠的情況下，多孔模板2兩側(cè)電極(I和3)所加壓降的絕大部分仍然加載到電解液上，即電解液上的分壓并不會隨納米線的生長而迅速降低，這可以保證納米線保持生長。同時，由于生長過程中不同孔洞中的微觀條件不盡