一种镍金属纳米图案的制备方法与流程

本发明属于纳米图案制备技术领域，涉及一种图案化镍纳米薄膜的制备方法。

背景技术：

金属化有机薄膜，即在有机分子膜上加一层金属膜，已经被成功用于聚合物发光二极管和记忆储存等电子元件。在上世纪九十年代后的开拓性工作中，金基底表面的自组装单分子层成为人们研究金属/有机界面特性的模型系统。有机分子具有合成方便、成本低廉、易于处理加工以及可通过自组装形成原子级别规整度的分子膜的特点，在金属化有机薄膜方向上有广泛的应用前景。金属化有机薄膜使用的前提是：必须在有机分子膜上形成图案化的金属薄膜。图案化是指在至少一维方向上生成纳米级或者微米级的规则表面结构。随着现代科学技术的发展，微米和纳米尺度表面的微加工或图案化已经引起了人们广泛关注。如今人们可以借助扫描电子显微镜和原子力显微镜等先进仪器对固体表面的结构和性质进行微米和纳米尺度的表征，而且还可以通过各种物理、化学、甚至生物的表面图案化技术，来控制固体表面上的微观结构和性质。图案化技术在微电子行业、化学和生物物质微分析、生物芯片、微体积反应器、组合合成和微机电系统等领域的应用在迅速增长。研究人员曾经采用物理蒸发金属膜的方法在有机分子上方形成有机分子层，但由于金属原子在蒸发过程中易于穿透分子膜而导致整个金属/有机分子/金属结构被破坏。可以采用化学气相沉积和原子层沉淀法在有机分子层上形成金属膜，但这些方法实验步骤多且繁琐，并且容易导致金属原子穿透分子层，造成金属/有机分子/金属结构短路，更由于实验过程需要在真空环境中操作而增加了试验成本。有研究者采用光刻胶中的感光树脂为碳源与水热法合成的中空氧化镍纳米球进行复合，制备图案化的镍微电极(“一种碳/氧化镍/镍图案化微电极的制备工艺”中国专利申请号cn201610209074.5)，也有关于图案化聚乙烯四硫醇镍薄膜制备的相关报道(“图案化聚乙烯四硫醇镍薄膜及器件的制备方法”中国专利申请号cn201610937199.x)，但是在自组装有机单分子层上制备图案化的镍单质纳米薄膜至今还未见报道。

由于自组装有机单分子薄膜可以头尾两端连接不同的材料，所以，目前人们将有机分子膜的一端与金表面生长，另外一端连接另外一种材料，诸如纳米颗粒、纳米丝或者纳米金属薄膜。在这种情况下，如果自组装有机分子膜被图案化，则连接在有机分子膜另一端的纳米颗粒、纳米丝或者其他纳米结构的物质也会相应被图案化。图案化金属纳米薄膜的制备在超分子科学、材料学、微电子学及细胞生物学等方面均有重要的科学意义和应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种图案化金属镍单质纳米薄膜的制备方法，该方法具有制备方法简单、制备周期短、重现性好且室温环境可操作等优点，制备的图案化镍纳米薄膜易于表征、稳定性好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：以金为基底材料，采用微接触印刷法，将1，10-癸二硫醇自组装在金基底材料表面，通过带有镍离子的溶液采用溶液法在金基底材料上制备得到图案化的镍纳米薄膜。

其制备方法包括如下步骤：

步骤1：采用微接触印刷法在金基底材料表面自组装图案化的1，10-癸二硫醇有机单分子层；

步骤2：将浓度为0.1～0.2mol/l的六水硫酸镍和0.5～1mol/l的次磷酸二氢钠溶液按1：2的体积比混合均匀得混合溶液；

步骤3：将自组装有1，-10癸二硫醇有机单分子层的试样放入混合溶液中，在30～50℃水浴30～60分钟，水浴结束后将试样取出；

步骤4：将取出的试样采用去离子水超声清洗干净后用氮气枪吹干试样，即得图案化的镍纳米薄膜。

所述步骤4超声清洗时间为1～5min。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明以自组装有1，-10癸二硫醇单分子层的金属材料作为基底材料，通过溶液法在1，-10癸二硫醇单分子层表面制备图案化的镍纳米薄膜。具有制备方法简单、成本低、重复性好、可在室温下进行的特点。

本发明制得的镍纳米薄膜的图形尺寸可在纳米至微米的尺寸范围内进行调节，图形可以是不同尺寸的正方形和圆形，图形形状完整，具有易于表征、稳定性好等优点，可用于催化剂、分子电子学和纳米反应器等领域。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的正方形图案化的ni纳米薄膜微观形貌图。

图2是本发明实施例2制备的圆形图案化的ni纳米薄膜微观形貌图。

图3是本发明实施例2制备的圆形图案化的ni纳米薄膜的eds检测结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1：

步骤1：采用微接触印刷法在金基底材料表面自组装正方形图案的1，10-癸二硫醇有机单分子层；

步骤2：将浓度为0.1mol/l的六水硫酸镍(niso4·6h2o)和1mol/l的次磷酸二氢钠(nah2po2)溶液按1：2的体积比混合均匀得混合溶液；

步骤3：将自组装有1，-10癸二硫醇有机单分子层的试样放入混合溶液中，在50℃水浴60分钟，水浴结束后将试样取出；

步骤4：将取出的试样采用去离子水超声清洗5min后用氮气枪吹干试样，即得图案化的镍纳米薄膜。

参见图1，ni纳米薄膜图案尺寸为50μm×50μm的正方形，形状完整。

实施例2

步骤1：采用微接触印刷法在金基底材料表面自组装圆形图案的1，10-癸二硫醇有机单分子层；

步骤2：将浓度为0.2mol/l的六水硫酸镍(niso4·6h2o)和0.5mol/l的次磷酸二氢钠(nah2po2)溶液按1：2的体积比混合均匀得混合溶液；

步骤3：将自组装有1，-10癸二硫醇有机单分子层的试样放入混合溶液中，在30℃水浴60分钟，水浴结束后将试样取出；

步骤4：将取出的试样采用去离子水超声清洗3min后用氮气枪吹干试样，即得图案化的镍纳米薄膜。

参见图2，图中ni纳米薄膜图案尺寸为20μm×20μm的圆形，形状完整。

参见图3，图中显示所制备的金属纳米薄膜即为ni纳米膜。

实施例3

步骤1：采用微接触印刷法在金基底材料表面自组装图案化的1，10-癸二硫醇有机单分子层；

步骤2：将浓度为0.15mol/l的六水硫酸镍(niso4·6h2o)和0.75mol/l的次磷酸二氢钠(nah2po2)溶液按1：2的体积比混合均匀得混合溶液；

步骤3：将自组装有1，-10癸二硫醇有机单分子层的试样放入混合溶液中，在40℃水浴50分钟，水浴结束后将试样取出；

步骤4：将取出的试样采用去离子水超声清洗1min后用氮气枪吹干试样，即得图案化的镍纳米薄膜。

实施例4

步骤1：采用微接触印刷法在金基底材料表面自组装图案化的1，10-癸二硫醇有机单分子层；

步骤2：将浓度为0.18mol/l的六水硫酸镍(niso4·6h2o)和0.8mol/l的次磷酸二氢钠(nah2po2)溶液按1：2的体积比混合均匀得混合溶液；

步骤3：将自组装有1，-10癸二硫醇有机单分子层的试样放入混合溶液中，在50℃水浴30分钟，水浴结束后将试样取出；

步骤4：将取出的试样采用去离子水超声清洗3min后用氮气枪吹干试样，即得图案化的镍纳米薄膜。

本发明金属基底及采用微接触印刷法在金基底材料表面自组装图案的1，10-癸二硫醇有机单分子层的步骤参考文献[1]yannijie,jeremyrniskala,aaronc.johnston-peck,peterj.krommenhoek,josephb.tracy,huiqingfanandweiyou*.laterallypatternedmagneticnanoparticles.journalofmaterialschemistry.22(5),1962-1968,2012.记载完成。

综上所述，本发明方法操作简单方便。采用微接触印刷结合溶液法制备出图案化ni纳米薄膜。该方法无需采用模板，成本低，制备过程简单易于控制，能耗低，且产物的重复性也较好。