中國粉體網訊    近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所費廣濤研究小組許少輝等在一維金屬顆粒鏈的可控制備方面取得新進展。相關成果已發(fā)表在J. Mater. Chem. C（2015, 3, 2072）上。

　　一維金屬顆粒鏈作為一種有序的周期結構，在光學、電學、光子、磁學以及氣敏等領域都表現出奇特的性能。例如，金屬顆粒鏈被認為是一種很有前途的等離子體波導結構，可以實現納米尺度下對光的傳輸和控制，從而應用于納米光波導器件。另外，研究表明磁性金屬顆粒鏈會展現出很強的矯頑力以及高密度存儲特性等。一維金屬顆粒鏈的性能與其幾何參數密切相關，因此實現顆粒鏈的可控制備十分重要。傳統(tǒng)的EBL以及AFM方法成本昂貴，而目前存在的自組裝技術以及利用金屬的瑞利不穩(wěn)定性等方法可控性差。

　　此項工作基于超晶格納米線，結合電化學腐蝕手段實現了金屬顆粒鏈的制備。首先在AAO模板中電沉積Ni/Cu超晶格納米線，然后將其浸泡于15wt%NaOH溶液中約50min，即可制備出一維Ni顆粒鏈。通過調節(jié)Ni/Cu納米線的周期長度，實現了對顆粒鏈的幾何參數包括顆粒尺寸、長徑比、顆粒間距的調控(圖1)，最小的顆粒尺寸和間距可分別達到6nm和15nm。對腐蝕機理進行了詳細的分析，對比實驗表明，Ni/Cu在NaOH溶液中發(fā)生的反應為電化學腐蝕，腐蝕類型為接觸式電化學吸氧腐蝕。當兩種活潑性不同的金屬相接觸，并被放置于一個中性或堿性環(huán)境中時，容易發(fā)生氧被還原的吸氧腐蝕，這一反應發(fā)生的必要條件是金屬的電極電位低于氧的還原電位。在本實驗中，沿Ni/Cu納米線軸向方向，Cu與Ni在NaOH溶液中形成多個接觸型原電池，Cu在堿性溶液中電極電位是0.219V，低于氧的還原電位0.41V。因此，Cu作為陽極失去電子被腐蝕，生成大部分可溶性產物。O2在陰極得到電子被還原，Ni作為陰極不參與反應，只是起到傳輸電子的作用。

　　這一金屬顆粒鏈結構可應用于納米尺度光傳輸、磁存儲、藥物輸運等方面。金屬顆粒鏈中顆粒尺寸、長徑比以及顆粒間距的可控調節(jié)對研究幾何參數影響下的性能變化有重要意義。


圖1. 不同幾何參數的Ni顆粒鏈


圖2. Ni/Cu納米線腐蝕機理示意圖