专利名称：一种可见光频段银树枝状结构复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可见光频段纳米复合材料，特别涉及一种无序排列的纳米银树枝 状结构与绝缘薄层组成的三层结构材料及其制备方法，这种材料在可见光多个频段有不同于 传统材料的光透射行为。
背景技术：
纳米金属材料由于在电学、磁学、光学、催化等方面具有独特的性质越来越受到 人们的重视，它在高密度磁性存储器件、场发射器件、电分析痕量检测等方面有广泛应用。 最近，纳米树枝状结构在超材料(metamaterial)的制备与性能方面也显现出其特点。人工合 成超材料一般是采用物理方法在基底上刻蚀出规则有序的金属纳米结构阵列，用以实现材料 的特殊性质，但是由于刻蚀工艺的限制，很难得到几十纳米甚至更小尺度的金属结构阵列， 并且成本高昂。而通过化学方法人们可以比较简单的获得纳米尺度的金属结构。以无序的纳 米金属结构制备超材料至今鲜见报道。由于化学方法的特殊性，我们得到的这种树枝状结构 以无序状态排列在ITO玻璃基底上，由这种无序排列的纳米金属结构组成的复合材料在可见 光频段具有特殊的光透射行为。其在360nm 800nm波长范围内具有多个吸收峰，与传统材料 的光透射行为有很大差异，在化学方法人工制备新型材料领域有重要意义
发明内容
本发明的目的是提供一种通过化学电沉积方法实现的纳米复合材料。这种材料由 无序排列的纳米银树枝状结构与含硅绝缘薄层按照"树枝状银-绝缘薄层-树枝状银"三层方 式组合而成，其在360 800nm频段内有特殊的光学性质。
图1制备银树枝状结构与绝缘薄层电极装置示意图。
图2所发明三层结构复合材料的制备过程示意图。
图3 0.9V电压条件下制备银树枝状结构的扫描电镜照片。
(a)较低倍数扫描电镜照片；(b)较高倍数扫描电镜照片。图4 0.9V电压条件下制备银树枝状结构的扫描电镜照片。
(a)较低倍数扫描电镜照片；(b)较高倍数扫描电镜照片。
图5所发明三层复合结构材料样品1的透过率曲线。
(a)空白ITO玻璃(b)附着绝缘膜的ITO玻璃(c)附着一层纳米树枝状银的ITO玻璃 (d)树枝状银、绝缘薄膜双层结构；(e)树枝状银、绝缘薄膜、树枝状银"三明治"结构；
图6所发明三层复合结构材料样品2的透过率曲线。
(a)空白ITO玻璃；(b)附着绝缘膜的ITO玻璃；(c)附着一层纳米树枝状银的ITO玻璃； (d)树枝状银、绝缘薄膜双层结构；(e)树枝状银、绝缘薄膜、树枝状银"三明治"结构；
具体实施例方式
1. 电解液①的制备将1.28聚乙二醇-20000加入511丄超纯水中，充分溶解，在混合液中加 入3mL硝酸银溶液(质量分数16.7%)，搅拌溶解，溶液变成粘稠状液体，将混合液密封 包装，在低温、避光条件下陈化24小时以上待用，得到电解液①；
2. 树枝状银的制备将涂敷有氧化铟锡的透明导电玻璃(ITO玻璃)清洗干净并晾干，作为 阴极；取光滑平整的银片清洗干净并晾干，作为阳极；把导电玻璃、银电极组成如附图1 所示装置，电极间距用厚度为0.6mm的塑片控制，加入电解液①，控制沉积电压为 0.7V 0.9V之间，控制通电时间为2 3分钟，在ITO玻璃表面得到纳米树枝状银；
3. 电解液②的制备将0.17g硝酸钠溶解于20ml超纯水中，搅拌下滴加盐酸至pH=3，再加 入1. 585g十六烷基三甲基溴化按(CTAB),充分溶解后加入20ml正硅酸乙酯(TE0S)的乙醇 溶液(浓度为0.68M)，搅拌3h,得到电解液②；
4. "树枝状银-绝缘层"双层结构的制备以沉积银树枝结构的ITO玻璃作为阴极，选取光 洁平整的碳平板作为阳极，组成如附图l所示装置，将电解液②加入装置的两极之间，控 制电极间距为0.6mm，控制电压为2.5V，控制通电时间为6秒，可在树枝状银的表面得 到透光性好且光滑平整的绝缘层，薄层厚度约100mn，得到"树枝状银、绝缘薄层"双层 结构。
5. "树枝状银-绝缘层-树枝状银"三层结构的制备将双层结构样品与未沉积绝缘层的树枝
4状银样品以两导电面相对组合在一起并固定，这样在两层ITO导电玻璃之间就实现了树枝 状银、绝缘层、树枝状银三层结构。采用UV-9100型紫外可见分光光度计，测试当光波 垂直通过这种"三明治"结构时的可见光透过率特性。可以看出其与传统材料光透射行为 的差异。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和
实施例一将处理过的ITO玻璃、银板电极组装成反应装置，如附图1所示。在两电极间加
入电解液①，在沉积电压为0.9V条件下沉积2分钟，可以在ITO玻璃表面得到无序排列的银 树枝状结构，其形貌如附图3所示。将上述沉积银树枝状结构的ITO玻璃作为阴极，碳平板 电极作为阳极，组装成如附图l所示装置，加入电解液②，在沉积电压为2.5V条件下沉积绝 缘薄层，得到"树枝状银-绝缘薄层"双层结构，绝缘薄层厚度大约为100nm。将其与前边所 述相同条件下制备的已沉积银树枝状结构的ITO玻璃组合在一起，并粘贴固定，即可得到"树 枝状银-绝缘薄层-树枝状银"三层结构，制备过程如附图2所示。使用UV-9100型紫外可见 分光光度计对这种复合材料进行可见光透过率测试，当光波垂直通过这种复合材料时，其透 过特性如附图5(e)所示，在360nm 800nm范围内有多个透射峰出现，光波透射曲线呈锯齿状。 附图5(a)《d)为组成三层结构各部分的透过率情况。
实施例二将处理过的ITO玻璃、银板电极组装成反应装置，如附图1所示。在两电极间加 入电解液①，在沉积电压为0.7V条件下沉积3分钟，可以在ITO玻璃表面得到无序排列的银 树枝状结构，其形貌如附图4所示，可以看到银树枝状结构较实施例一所述条件下制备的结 构粗；将上述沉积银树枝状结构的ITO玻璃作为阴极，碳平板电极作为阳极，组装成如附图 l所示装置，加入电解液②，在沉积电压为2.5V条件下沉积绝缘薄层，得到"树枝状银-绝缘 薄层"双层结构，绝缘薄层厚度大约为100nm。将其与前边所述相同条件下制备的已沉积银 树枝状结构的ITO玻璃组合在一起，并粘贴固定，即可得到"树枝状银-绝缘薄层-树枝状银" 三层结构，制备过程如附图2所示。使用UV-9100型紫外可见分光光度计对这种复合材料进行可见光透过率测试，当光波垂直通过这种复合材料时，其透过特性如附图6(e)所示，在 360nm 800nm范围内并未发现如实施例一所述复合材料那样的透射峰出现。附图6(aHd)为 组成三层结构各部分的透过率情况。
权利要求
1. 一种可见光频段银树枝状结构复合材料，其主要特征是采用化学电沉积方法以ITO导电玻璃为基底制备“树枝状银-绝缘薄层-树枝状银”三层复合材料。
2. 如权利要求1所述一种可见光频段银树枝状结构复合材料，其特征是银树枝状结构的化 学电沉积法制备过程为，以1.2g聚乙二醇(分子量20000)、 3mL硝酸银水溶液(质量分 数16.7%)、 5mL超纯水混合溶液作为电解液(4。C陈化24h以上)，以ITO导电玻璃作为阴 极，以光滑平整的平板银电极作为阳极，在电极间距为0.6mm、沉积电压为0.7V 0.9V 条件下沉积2min 3min，在ITO玻璃表面得到无序排列的纳米银树枝状结构。
3. 如权利要求1所述一种可见光频段银树枝状结构复合材料，其特征是组成三层结构的"树 枝状银-绝缘薄层"双层结构的制备过程为，取0.17g硝酸钠、1.585g十六烷基三甲基溴 化铵、20mL超纯水，混合后滴加浓盐酸使PI^3，再加入20ml正硅酸乙酯的乙醇溶液(浓 度为0.68M)搅拌3h作为电解液，用已沉积银树枝状结构的ITO玻璃作为阴极，光滑平 整的碳电极作为阳极，在电极间距为0.6mm、沉积电压为2.5V条件下沉积6s，得到厚度 约100nm的绝缘层，得到"树枝状银-绝缘薄层"双层结构。
4. 如权利要求1所述一种可见光频段银树枝状结构复合材料，其特征是"树枝状银-绝缘薄 层-树枝状银"三层复合材料的制备过程为，以相同沉积条件制备两片银树枝状结构样品， 将其中一片样品按照权利要求3所述制备"树枝状银-绝缘薄层"双层结构，然后将它们 组合并固定在一起，得到"树枝状银-绝缘薄层-树枝状银"三层结构。
5. 如权利要求1所述一种可见光频段银树枝状结构复合材料，其特征是这种材料对可见光 有特殊的吸收行为，其在360nm 800nm频段对多种频率的光有吸收，透射曲线呈锯齿状。
全文摘要
本发明涉及一种可见光频段纳米复合材料，特别涉及一种由纳米银树枝状结构与绝缘薄层组成的三层复合材料。本发明通过化学电沉积方法在ITO导电玻璃表面制备无序排列的纳米银树枝状结构，并在这层树枝结构的表面沉积绝缘薄层，将其与未沉积绝缘薄层的银树枝结构按照“树枝状银-绝缘薄层-树枝状银”三层方式组合得到复合材料，这种材料在360nm～800nm频段对多种频率的光有吸收，光透射曲线呈锯齿状。
文档编号C03C17/25GK101468876SQ20071030816
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者刘宝琦, 赵晓鹏, 邓巧平, 伟 骆 申请人:西北工业大学