专利名称：一种在宏观细丝一端直接获得微纳米线的电化学腐蚀方法
技术领域：
本发明属于电化学腐蚀方法技术领域，特别涉及一种在宏观细丝一端直接获得微纳米线的电化学腐蚀方法。
背景技术：
随着微米纳米科学技术的发展，纳米线与纳米探针作为通往微纳尺度的有效工具，使得纳米线及纳米探针在对微纳世界进行观察成像、对微纳结构进行操作以及物理、化学以及电学等性质的测量中发挥着越来越重要的作用。 目前有多种方法获得纳米线，包括气相沉积法，指在特定的基底上通过气相沉积制备纳米线、纳米带和纳米管，该法已成为制备一维纳米材料的重要方法；RF溅射法，即将载气激发为等离子体轰击靶材而在基底上生长特定结构的方法。一般溅射法用来制备薄膜材料，但是在一些特定的条件下对特定的元素或化合物能生长出纳米线或纳米管；模板法，就是以具有纳米孔洞的材料作为模板，通过腐蚀或者沉积获得纳米线；电化学腐蚀法，即把金属丝整个浸泡在腐蚀液中进行腐蚀；另外，还有场发射诱导法以及电子束诱导沉积法等。然而却还没有直接获得一端具有微纳米线的宏观细丝的方法。而这种宏观细丝-微纳米线结构在微纳测量与操作领域有着广泛的应用。
发明内容
为达到上述目的，本发明提出了一种在宏观细丝一端直接获得微纳米线的电化学腐蚀方法，其特征在于该方法包括(I)把宏观细丝部分插入装有化学腐蚀液的容器，插入方式可以是垂直液面插入也可以是斜插入；(2)在交变电压下对宏观细丝进行腐蚀处理，直至浸没在腐蚀液中的细丝中间较均匀的一段直径小于100微米；(3)调低输入电压，继续腐蚀细丝，直至浸没在腐蚀液下的细丝表面气泡很少甚至消失；(4)此时可以维持调低后的输入电压，也可以适当调大输入电压，继续腐蚀细丝，就可获得微纳米线，腐蚀时间以细丝不脱离腐蚀液面为准。所述第(4)步腐蚀时间还可以足够长直至纳米线完全消失，从而获得纳米探针。步骤⑵和步骤(3)的电压调节可以通过监测电路腐蚀电流实现。步骤(2)之后，还可增加如下步骤断开输入电压或者调至很小，然后抬高细丝至较均匀一段的上部靠近腐蚀液面，目的是控制获得具有一定刚度要求的微纳米探针；腐蚀一段时间然后抬高细丝的步骤可以重复多次，一般来说，重复次数越多，最终获得的微纳米线或探针的刚度就越低，对于初始直径较小的也可以无抬高步骤；抬高细丝的步骤可以通过与细丝相连的可动装置进行，可动装置采用能控制移动精度的装置，优选螺旋测微器。
化学腐蚀液可采用碱液，如氢氧化钾溶液。宏观细丝可以是金属丝也可以是玻璃纤维等。宏观细丝直径小于2毫米。本发明的有益效果为采用本发明的电化学腐蚀方法可以直接获得一端具有微纳米线的宏观细丝，其特点在于直接从宏观过渡到微纳观，可以广泛应用于微纳测量与操作，比如四探针法测微纳结构或器件的电学性质，而本方法为之提供了一种简单易行的方法。
图I是根据本发明的优选实施例的腐蚀装置图；图2-图5是通过本法获得的一端带有微纳米线的钨丝；图6是尖端为纳米线腐蚀完后剩下的纳米探针，且2个纳米探针具有不同的锥角。
具体实施例方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。实施例I如图I所示的电化学腐蚀装置，包括支架1，可动装置2，可调幅交流源3，电极4，容器5，腐蚀液6，宏观细丝7。其中可动装置与支架相连，宏观细丝夹在可动装置上，通过移动可动装置可以控制宏观细丝插入腐蚀液中的深度。本实施例中，宏观细丝为直径O. 30mm长约2cm的多晶钨丝，腐蚀液为浓度5mol/L的KOH溶液，初始插入深度可选3_20mm，接通输入交流电压源，在有效值约10伏下腐蚀一段时间，至浸没在腐蚀液中的钨丝中间较均匀的一段直径约50微米时停止腐蚀；然后通过可动装置(可动装置采用螺旋测微器)抬高钨丝直至较均匀一段的上端靠近腐蚀液面；然后接通交流电压源，并且在有效值约I伏下腐蚀一段时间，直至浸没在腐蚀液中的钨丝表面的气泡消失；继续腐蚀大约10分钟后，关掉电压源，即获得所需要的微纳米线，如图2所示，是初始插入的深度约10mm，在步骤⑵后有3次重复抬高的操作，最终获得纳米线的直径约20纳米，长度几十微米；图3为初始插入深度约5mm，有一次抬高操作的结果，获得的纳米线直径小于IOOnm ；图4为初始插入深度约20mm,并伴随多次抬高的操作的结果。实施例2一种在宏观细丝一端直接获得微纳米线的电化学腐蚀方法，该方法包括(I)把宏观钨丝部分插入装有浓度为4mol/L的氢氧化钾腐蚀液的容器；(2)在有效值约12伏的交变电压下对钨丝进行腐蚀处理，直至浸没在腐蚀液中的细丝中间较均匀的一段直径约为80微米；(3)调低输入电压，在有效值约2伏的电压下继续腐蚀细丝，直至浸没在腐蚀液下的细丝表面气泡消失；(4)适当调大输入电压，在有效值约3伏的电压下继续腐蚀细丝，大约8分钟后，关 掉电压源，就可获得微纳米线。腐蚀时间以细丝不脱离腐蚀液面为准。图5为初始插入深度分别为大约为20mm和5mm的结果，图5(a)中微米线的直径约I微米，长度可达mm量级；图5(b)中纳米线直径小于200nm,长度可达20微米。图6为在微纳米线的基础上继续腐蚀一段时间获得的纳米探针，针尖小于100纳米，而针尖锥角也可控制，从十几度(图6(b))到一百多度(图6(a))。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，如弯曲宏观细丝成一定的形状再进行上述腐蚀等等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种在宏观细丝一端直接获得微纳米线的电化学腐蚀方法，其特征在于该方法包括 (1)把宏观细丝部分插入装有化学腐蚀液的容器； (2)在交变电压下对宏观细丝进行腐蚀处理，直至浸没在腐蚀液中的细丝中间较均匀的一段直径小于100微米； (3)调低输入电压，继续腐蚀细丝，直至浸没在腐蚀液下的细丝表面气泡很少甚至消失; (4)维持调低后的输入电压或者适当调大输入电压，继续腐蚀细丝，获得微纳米线。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在干步骤(4)中，腐蚀时间以细 丝不脱离腐蚀液面为准。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于腐蚀时间足够长直至纳米线消失，获得纳米探针。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在干电压值的调节通过监测腐蚀电流实现。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤(2)之后，増加如下步骤断开输入电压或者调至很小，然后抬高细丝至较均匀一段的上部靠近腐蚀液面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于腐蚀一段时间然后抬高细丝的步骤重复多次。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于抬高细丝的步骤通过与细丝相连的可动装置进行。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于可动装置采用螺旋测微器。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述宏观细丝是金属丝或者玻璃纤维。
10.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述宏观细丝直径小于2毫米。
全文摘要
本发明公开了属于电化学腐蚀方法技术领域的一种在宏观细丝一端直接获得微纳米线的电化学腐蚀方法。该方法包括(1)把宏观细丝部分插入装有化学腐蚀液的容器；(2)在交变电压下对宏观细丝进行腐蚀处理，直至浸没在腐蚀液中的细丝中间较均匀的一段直径小于100微米；(3)调低输入电压，继续腐蚀细丝，直至浸没在腐蚀液下的细丝表面气泡很少甚至消失；(4)此时可以维持调低后的输入电压，也可以适当调大输入电压，继续腐蚀细丝，就可获得微纳米线，腐蚀时间以细丝不脱离腐蚀液面为准。采用本发明的电化学腐蚀方法可以直接获得一端具有微纳米线的宏观细丝，其特点在于直接从宏观过渡到微纳观。本方法简单易行。
文档编号C25F3/02GK102650073SQ201110045478
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者刘泽, 杨佳瑞, 程曜, 郑泉水 申请人:清华大学