一种柔性纳米线丛结构及其制备方法与流程

本发明涉及柔性电子材料领域，更具体的，涉及一种柔性纳米线丛结构及其制备方法。

背景技术：

各种柔性传感探测功能材料由于良好的集成性能，正被广泛应用于制备各种可穿戴设备，为人类开启一种方便、舒适和安全的生活方式，例如谷歌眼镜（s.feng，etal.acsnano.8,3069，2014）和表皮电子系统（d.h.kim，etal.science.333,838，2011）等。但是，很多柔性探测材料由于材料的探测传感性能一般来说对样品结构非常敏感，导致样品的性能在被弯曲或者被拉伸等形变状态下难以得到保障。因此，开发一种在形变状态下保持性能稳定的柔性传感探测材料将大大促进该领域的发展，也将催生更多具备卓越性能的可穿戴设备。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种柔性纳米线丛结构，进一步的，本发明还提供一种柔性纳米线丛制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种柔性纳米线丛结构，包括柔性基底，所述柔性基底上固定有阳极氧化铝模板；所属阳极氧化铝模板上溅射有柔性金属纳米线丛，所述纳米线丛由很多纳米线堆叠而成，所述纳米线直径为20-40nm之间，呈丛簇状分布；所述基底为聚二甲基硅氧烷。

进一步的，所述纳米线丛在遇到水分时能够改变颜色。

进一步的，所述纳米线丛在干燥的空气中呈灰白色，遇到水分则变成亮黄色。

本发明还提供一种柔性纳米线丛的制备方法，包括以下步骤：

（1）铝片清洗：采用丙酮浸泡铝片5-15min，然后用浓度为0.5-1.5mol/l的氢氧化钠溶液浸泡铝片5-15min，最后用酒精浸泡铝片5-15min；

（2）铝片抛光：将酒精浸泡之后的铝片放入高氯酸和酒精体积比为0.15-0.35之间溶液，利用10-30v的电压，电化学抛光2-6min，铝片接阳极，铂片做阴极，抛光温度为0-4℃；

（3）铝片第一次氧化：将抛光之后的铝片放入电解池，电解液采用0.1-0.3mol/l的草酸溶液，生长电压为30-50v，铝片连接阳极，铂片做阴极，氧化时间2-8小时，反应温度为4-8℃；

（4）铝片刻蚀：将第一次氧化之后的铝片放入铬酸、磷酸和蒸馏水的混合溶液，保持在45-75℃温度，保持60-90min；

（5）铝片第二次氧化：将刻蚀之后铝片放入电解池，电解液采用质量分数为10%的磷酸溶液，生长电压为40v，持续3min后把电压迅速调大至80v，再保持约2.5小时；铝片连接阳极，铂片做阴极，氧化温度为20℃左右，得到一种不规整的阳极氧化铝模板；

（6）溅射金属薄膜：利用溅射仪，选用金属靶材，将阳极氧化铝模板放在靶材下方，利用5-100ma的溅射电流，溅射时间为50-100s，在阳极氧化铝模板上形成金属纳米线丛；

（7）转换柔性基底：用0.5-1mol/l的cucl2溶液将阳极氧化铝模板原来的铝基底腐蚀掉，把配好的聚二甲基硅氧烷滴在阳极氧化铝模板的背面，形成“金属纳米线-不规整的阳极氧化铝-聚二甲基硅氧烷”三层结构的样品，把该样品放进真空灌里，用机械泵抽气40-60min，然后将样品转移进烤箱，在60-80℃的环境下烘200-300min。

进一步的，步骤（1）所用的铝片，厚度大于1mm。

进一步的，步骤（4）所用的混合溶液中，铬酸质量分数为1-3%，磷酸质量分数为4-8%。

进一步的，步骤（5）铝片二次氧化时，阳极氧化铝的孔壁被腐蚀至即将要破碎，得到的多孔氧化铝模板的孔壁存有残缺。

进一步的，步骤（6）所选用的金属可以是银或金。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)通过在阳极氧化铝模板上溅射金属就可以得到的直径均匀的纳米线丛结构，该方法具有制备简单、成本低、制备环境友好、样品面积大等优势；

(2)所得柔性金属纳米线丛结构可以很容易地制备成可穿戴设备，同时由于其性质，当表面介质改变时，纳米线对光会有不同的响应特性，因此可以用以制备可穿戴的光学湿度传感器件。

附图说明

图1为特殊的不规整aao模板的生长示意图及各阶段对应的扫描电镜图，首先是普通的aao模板，过渡氧化使之发生不规整的腐蚀，变成特殊的aao模板，溅射银后出现纳米线丛。

图2为银纳米线的直径及长度统计分布图，纳米线的直接主要集中在20-40nm，长度则分散在200-2000nm。

图3为一纳米线丛的截面扫描电镜图，不规整aao模板的厚度约为9μm，银纳米线丛的厚度约为400nm。

图4为柔性银纳米线丛的制备流程示意图及样品照片。主要是用cucl2溶液将银纳米线丛的铝基底腐蚀掉，替换上柔性良好的pdms作为基底。

图5为柔性银纳米线丛制备湿度传感手环的展示。图5a为戴上手环跑步前及图5b跑步出汗后的照片，跑步前，手环样品区为银白色，出汗后为亮黄色。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种柔性纳米线丛结构，其特征在于：包括柔性基底，所述柔性基底上固定有阳极氧化铝模板；所属阳极氧化铝模板（aao）上溅射有柔性金属纳米线丛，所述纳米线丛由很多纳米线堆叠而成，所述纳米线直径为20-40nm之间，呈丛簇状分布；所述基底为聚二甲基硅氧烷(pdms)；所述纳米线丛在干燥的空气中呈灰白色，遇到水分则变成亮黄色。

实施例2

将厚度为0.2cm的铝箔先后放入丙酮、1.5mol/l的氢氧化钠溶液以及酒精溶液各浸泡清洗15min；将酒精浸泡之后的铝片放入高氯酸和酒精体积比为0.3溶液，利用20v的电压，电化学抛光6min，铝片接阳极，铂片做阴极，抛光温度为0℃。

抛光之后的铝片进行第一次阳极氧化，电解液采用0.3mol/l的草酸溶液，生长电压为45v，铝片连接阳极，铂片做阴极，氧化时间4-8小时，反应温度为4℃。第一次氧化之后铝片放入铬酸、磷酸和蒸馏水的混合溶液（铬酸质量分数为1.8%，磷酸质量分数为6%），保持在60℃温度60min，除去第一次氧化生产的氧化铝。然后将刻蚀之后铝片放入电解池，电解液采用质量分数为10%的磷酸溶液，生长电压为40v，持续3min后把电压迅速调大至80v，再保持约2.5小时。铝片连接阳极，铂片做阴极，氧化温度为15℃左右。生成表面发生不规整腐蚀，残留一些尖端的特殊阳极氧化铝模板。

将反应后的氧化铝模板放入溅射仪，选用ag作为溅射靶材，采用60ma的溅射电流，溅射60s，从而便可形成银纳米线丛结构。图1为该特殊阳极氧化铝模板生长过程示意图及各阶段样品扫描电镜图，图2为银纳米线的直径及长度统计分布图，图3为样品截面扫描电镜图。可以看到，银纳米线的长度分散在200-2000nm，而直径主要集中在20-40nm，相对来说比较均一。aao模板的厚度约为9μm，银纳米线丛的厚度约为400nm。

实施例3

将厚度为0.2cm的铝箔先后放入丙酮、1.5mol/l的氢氧化钠溶液以及酒精溶液各浸泡清洗15min；将酒精浸泡之后的铝片放入高氯酸和酒精体积比为0.3溶液，利用20v的电压，电化学抛光6min，铝片接阳极，铂片做阴极，抛光温度为0℃。

抛光之后的铝片进行第一次阳极氧化，电解液采用0.3mol/l的草酸溶液，生长电压为45v，铝片连接阳极，铂片做阴极，氧化时间4-8小时，反应温度为4℃。第一次氧化之后铝片放入铬酸、磷酸和蒸馏水的混合溶液（铬酸质量分数为1.8%，磷酸质量分数为6%），保持在60℃温度60min，除去第一次氧化生产的氧化铝。然后将刻蚀之后铝片放入电解池，电解液采用质量分数为10%的磷酸溶液，生长电压为40v，持续3min后把电压迅速调大至80v，再保持约2.5小时。铝片连接阳极，铂片做阴极，氧化温度为15℃左右。生成表面发生不规整腐蚀，残留一些尖端的特殊阳极氧化铝模板。

将反应后的氧化铝模板放入溅射仪，选用ag作为溅射靶材，采用60ma的溅射电流，溅射60s，从而便可形成银纳米线丛结构。然后用0.5-1mol/l的cucl2溶液将aao模板原来的铝基底腐蚀掉，把配好的pdms滴在aao模板的背面，把样品放进真空灌里，用机械泵抽气40-60min，再将样品放进烤箱，在60-80℃的环境下烘200-300min。经过上述步骤便可得到柔性银纳米线丛结构。图4为柔性银纳米线丛的制备流程示意图及样品照片。图5为将柔性银纳米线丛结构应用与湿度传感手环的展示，可以通过肉眼直接观察颜色变化监察样品表面湿度。

实施例4

将厚度为0.2cm的铝箔先后放入丙酮、1.5mol/l的氢氧化钠溶液以及酒精溶液各浸泡清洗15min；将酒精浸泡之后的铝片放入高氯酸和酒精体积比为0.3溶液，利用20v的电压，电化学抛光6min，铝片接阳极，铂片做阴极，抛光温度为0℃。

抛光之后的铝片进行第一次阳极氧化，电解液采用0.3mol/l的草酸溶液，生长电压为45v，铝片连接阳极，铂片做阴极，氧化时间4-8小时，反应温度为4℃。第一次氧化之后铝片放入铬酸、磷酸和蒸馏水的混合溶液（铬酸质量分数为1.8%，磷酸质量分数为6%），保持在60℃温度60min，除去第一次氧化生产的氧化铝。然后将刻蚀之后铝片放入电解池，电解液采用质量分数为10%的磷酸溶液，生长电压为40v，持续3min后把电压迅速调大至80v，再保持约2.5小时。铝片连接阳极，铂片做阴极，氧化温度为15℃左右。生成表面发生不规整腐蚀，残留一些尖端的特殊阳极氧化铝模板。将反应后的氧化铝模板放入溅射仪，选用不同的金属靶材，均采用60ma的溅射电流，溅射60s，可以得到不同金属纳米线丛结构。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。