在眾多納米材料和納米結(jié)構(gòu)體系中,金屬氧化物一維納米結(jié)構(gòu)因具有獨特的半導(dǎo)體特性、優(yōu)異的催化活性以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性,而成為極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的一個方向。目前,如何實現(xiàn)金屬氧化物納米線的大面積平行生長及圖案化制備,在對納米線的生長過程進行有效調(diào)控的同時,自然完成其空間圖案化分布和器件化組裝,從而達(dá)到金屬氧化物納米線結(jié)構(gòu)功能一體化制造的目的,仍是國際性難題。
激光材料加工研究中心所提出的超快激光微納加工復(fù)合化學(xué)生長制備新方法,結(jié)合了“自上而下”的超快激光金屬表面微納結(jié)構(gòu)制造方法與“自下而上”的熱氧化納米線化學(xué)生長方法的優(yōu)勢。常規(guī)化學(xué)合成及生長方法,主要通過調(diào)控化學(xué)合成及生長過程本身的工藝條件及工藝參數(shù),實現(xiàn)對目標(biāo)結(jié)構(gòu)的控制。本研究發(fā)現(xiàn),氧化物納米線傾向于在具有微納前軀體結(jié)構(gòu)的區(qū)域生長,并且微納米結(jié)構(gòu)的形式與尺寸不同,所形成氧化物的形態(tài)和尺度會有明顯變化?;诖?,該團隊提出通過調(diào)控金屬表面微納米前驅(qū)體結(jié)構(gòu)特征,實現(xiàn)對氧化物納米線的生長過程和形態(tài)尺度的調(diào)控的技術(shù)路徑。通過先期進行的前軀體設(shè)計,可在后續(xù)熱氧化過程中,實現(xiàn)氧化物納米線在金屬基體表面設(shè)定圖案化區(qū)域,以一定的尺度特征一次性大面積平行生長,形成獨特的“宏-微納-納米線”多維多級互聯(lián)空間結(jié)構(gòu)體系。前軀體結(jié)構(gòu)的存在對氧化物納米線具有支撐、釘扎和保護作用,避免了傳統(tǒng)熱氧化過程中面臨的剝落、開裂等問題。基于此技術(shù)路徑,有望發(fā)展出一種金屬表面微納米結(jié)構(gòu)與金屬氧化物納米線原位生長、同步功能化組裝、及多維多級空間互聯(lián)的新方法,實現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)金屬特性與氧化物納米線半導(dǎo)體特性的有機融合,推動金屬微納米結(jié)構(gòu)以及金屬氧化物納米線在光電功能器件以及新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前,針對Ti、Zn、W等金屬及其氧化物材料體系以及光吸收、光催化等其他性能的研究工作也正在進行中。
圖1.超快激光復(fù)合制備宏-微納-納米線技術(shù)路線
圖2超快激光復(fù)合制備宏-微納-納米線
圖3. 宏-微納-納米線結(jié)構(gòu)優(yōu)異的紅外抗反性能(圖中綠色線和粉紅色線是兩種宏-微納-納米線的紅外抗反性能,粉紅線是優(yōu)化后的結(jié)果)
轉(zhuǎn)載請注明出處。