专利名称：一种纳米金属管的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米管的制备方法。
背景技术：
纳米碳管的发现和突破揭示了纳米尺度形成的微细结构所具备的独特电学和力学性能。纳米碳管的结构可看成是由石墨烯卷成的筒，碳原子在圆筒表面呈螺旋状，特殊情况下可呈扶手状或锯齿状。纳米碳管的电学性质受量子物理规律所支配，其π电子将形成离散的量子化能级和束缚态波函数，产生量子尺寸效应，对材料的物理和化学性质产生一系列的重要影响。例如，单壁纳米碳管的碳原子基本上都处在表面位置，具有较大的比表面积；纳米碳管的基本网格和中空的封闭拓扑构形使其能够承受高应力和高应变；受量子物理的影响，纳米碳管具有能隙随螺旋结构和直径变化、电子的弹道输运、磁阻的AB效应和低温库仑阻塞效应等特殊电学性质。可以说，准一维纳米管状结构是纳米碳管区别于其它碳材料的主要原因。
研究表明，纳米微细结构的对称性也能影响材料的磁性能。中科院固体物理所张立德等利用纳米有序孔洞模板，通过电镀、催化剂诱导的CVD方法和微孔内延生长技术，制备的Fe和Co阵列均出现反常磁性。美国明尼苏达大学的科学家利用电子束刻蚀技术将70nm Co棒制成阵列，存储密度达到1011bits/cm2，是目前磁盘存储密度的10万倍。美国的Chen J P等在实验中观察到了自由Co原子团簇中每个原子的磁矩增强，顾秉林等在局域密度泛函理论框架内利用自旋极化的离散变分方法，计算了团簇Con(4≤n≤19)的电子结构和磁性质，结果表明团簇结构的对称性对材料的磁性能有较大影响。因此，可以预见具有特殊对称性和拓扑学因素的准一维纳米管状结构也会给材料的磁性带来重大的影响。
磁性纳米金属管不能象纳米碳管那样通过电弧法、激光蒸发法或催化热解法等进行直接合成。而通过纳米有序孔洞模板法制备磁性纳米金属管在理论上应当是可行的，但在实际可操作性上很难保证合成的产物是微管而不是微棒，而且管的内径也不好控制。
目前无模板法合成聚苯胺纳米纤维能够制备直径在50-100nm范围内的聚苯胺纤维，纤维大小均匀，溶解性好。有文献报道，表明用静电电纺方法已经能够得到直径在10nm左右的聚苯胺纳米纤维及其它多种聚合物纳米纤维。
发明内容
本发明提供一种纳米金属管的制备方法，该方法确保产物是纳米金属管，用该方法还可制备各种不同磁性的纳米金属管。
本发明提供一种纳米金属管的制备方法，其特征在于工艺流程如下①制备聚合物纳米纤维模板；②在聚合物纳米纤维表面上镀覆金属膜；③去除聚合物纳米纤维。
所获得的纳米金属管的管径由聚合物纳米纤维的直径控制。
本发明提供的纳米金属管的制备方法中，所述的聚合物纳米纤维可以是聚乙二醇、聚乳酸、聚对苯二甲酰对苯二胺及各种导电高分子等聚合物纳米纤维。
本发明提供的纳米金属管的制备方法中，所述的聚合物纳米纤维的直径可以是10～100nm，以供制备不同管径的纳米金属管。
本发明提供的纳米金属管的制备方法中，所述的镀覆方法可以是离子镀、磁控溅射、电镀或化学镀膜法。
本发明提供的纳米金属管的制备方法中，所述的金属膜可以是金属钴镍、铜、铝、钛等可采用离子镀、磁控溅射、电镀或化学镀膜方法成膜金属及其合金。
本发明提供的纳米金属管的制备方法中，所述的金属钴膜可以含有磷，通过调整含磷量得到不同磁特性的沉积层，因而可获得具有各种不同磁特性的纳米金属管。
本发明提供的纳米金属管的制备方法中，所述的去除聚合物纳米纤维的方法可以是燃烧方法。
本发明提供的纳米金属管的制备方法中，所述的去除聚合物纳米纤维的方法可以是用溶剂溶解。
本发明提供的纳米金属管的制备方法中，所述的溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂。
本发明提供的纳米金属管的制备方法的优点在于确保产物是金属纳米管，管径由聚合物纳米纤维的直径控制；可以通过调整含磷量得到不同磁特性的钴沉积层，因而可获得具有各种不同磁特性的薄膜；合成钴纳米管工艺简单、成本低、可控性强、有工业应用前景；且具有技术平台性质，可用于合成其它金属及其氧化物纳米管。
因此，其科学意义和应用前景都将是非常引人瞩目和值得期待的。
具体实施例方式实施例1用无模板化学法合成直径在50-100nm范围内的聚苯胺纤维，纤维大小均匀，溶解性好；采用这导电聚合物-聚苯胺纳米纤维作为模板，通过化学或电化学镀膜方法使在纤维表面形成磁性金属钴薄膜；然后用N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂将聚苯胺纤维溶解，得到所需的钴纳米管。磁性金属钴纳米管的管径由聚合物纳米纤维的直径控制；钴层的矫顽力依含磷量的不同而异。
实施例2用电纺方法制备直径达10nm的聚苯胺纤维，纤维大小均匀，溶解性好；采用这导电聚合物-聚苯胺纳米纤维作为模板，通过化学或电化学镀膜方法使在纤维表面形成磁性金属钴薄膜；然后用N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂将聚苯胺纤维溶解，得到所需的钴纳米管。磁性金属钴纳米管的管径由聚合物纳米纤维的直径控制；钴层的矫顽力依含磷量的不同而异，既可以满足在电子元件中高质量高密度的记录需要200H(奥斯特)以上高矫顽力，也可以满足在高速度开关存储装置需要2H以下的低矫顽力。
权利要求
1.一种纳米金属管的制备方法，其特征在于工艺流程如下①制备聚合物纳米纤维模板；②在聚合物纳米纤维表面上镀覆金属膜；③去除聚合物纳米纤维。
2.按照权利要求1所述的纳米金属管的制备方法，其特征在于所述的聚合物纳米纤维是聚乙二醇、聚乳酸、聚对苯二甲酰对苯二胺及各种导电高分子等聚合物纳米纤维。
3.按照权利要求1所述的纳米金属管的制备方法，其特征在于所述的聚合物纳米纤维的直径为10～100nm。
4.按照权利要求1所述的纳米金属管的制备方法，其特征在于；所述的镀覆方法是离子镀、磁控溅射、电镀或化学镀膜法。
5.按照权利要求1所述的纳米金属管的制备方法，其特征在于所述的金属膜是金属钴、镍、铜、铝、钛等可采用离子镀、磁控溅射、电镀或化学镀膜方法成膜金属及其合金。
6.按照权利要求1所述的纳米金属管的制备方法，其特征在于所述的去除聚合物纳米纤维的方法是燃烧方法。
7.按照权利要求1所述的纳米金属管的制备方法，其特征在于所述的去除聚合物纳米纤维的方法是用溶剂溶解。
8.按照权利要求8所述的纳米金属管的制备方法，其特征在于所述的溶剂是N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂。
全文摘要
本发明提供一种纳米金属管的制备方法，其特征在于工艺流程如下①制备聚合物纳米纤维模板；②在聚合物纳米纤维表面上镀覆金属膜；③去除聚合物纳米纤维。本发明提供的纳米金属管的制备方法的优点在于确保产物是金属纳米管，管径由聚合物纳米纤维的直径控制；可以采用聚乙二醇、聚乳酸、聚对苯二甲酰对苯二胺及各种导电高分子等多种聚合物原料制成纳米纤维作为模板；通过调整含磷量得到不同磁特性的钴沉积层，因而可获得具有各种不同磁特性的薄膜；本发明提供的纳米金属管的制备方法工艺简单、成本低、可控性强、有工业应用前景；具有技术平台性质。因此，其科学意义和应用前景都将是非常引人瞩目和值得期待的。
文档编号C25D1/10GK1657655SQ20041002115
公开日2005年8月24日 申请日期2004年2月18日 优先权日2004年2月18日
发明者罗鲲, 石南林, 郭雪梅, 李永锐, 孙超, 宫骏, 祖亚培 申请人:中国科学院金属研究所