化學(xué)沉積法制備AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料

琚偉，路尚偉，張方志，牟秋紅

（1.山東省科學(xué)院新材料研究所，濟(jì)南 250014；2.山東沂光電子股份有限公司，臨沂 276017）

1 引言

AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料，是超離子導(dǎo)體AgI與絕緣體AAO模板的復(fù)合體，其導(dǎo)電率與AgI相比有了顯著的提高，從而引起了人們的廣泛關(guān)注［1-3］。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，AgI/AAO納米復(fù)合材料的制備方法主要有三種：電化學(xué)沉積法，真空蒸鍍法，化學(xué)沉積法［4-8］。其中，電化學(xué)沉積法和真空蒸鍍法，只要控制好條件就能制得理想的AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料，但是存在反應(yīng)設(shè)備要求較高，代價(jià)較為昂貴的缺點(diǎn)［4，5］。化學(xué)沉積法可以通過一步化學(xué)反應(yīng)即制得所需的產(chǎn)物，其操作過程簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備，具有易操作，低成本的特點(diǎn)。但是在M.Nagai等人通過化學(xué)沉積制備的AgI/AAO納米復(fù)合材料中，模板孔隙不能都被AgI填滿，AgI納米線也并不能夠達(dá)到理想的長(zhǎng)度［6，7］。李金培等人在保持操作過程簡(jiǎn)單的同時(shí)，能夠使AAO模板的孔隙都能被AgX納米線填充，并且AgX納米線能夠達(dá)到與AAO模板厚度相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，但是介孔納米復(fù)合材料的表面被一層厚厚的AgX覆蓋［8］。

本文目的在于克服化學(xué)沉積法在制備AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料時(shí)的缺點(diǎn)，制備出形貌理想的AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料，即：AAO模板的孔隙都能被AgI納米線填充；AgI納米線能夠達(dá)到與AAO模板厚度相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度；AAO模板表面無(wú)AgI顆粒覆蓋。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：自制的反應(yīng)儀器；掃描電子顯微鏡（SEM）。

實(shí)驗(yàn)試劑：AAO模板 （模板孔徑200nm，厚度50μm），試劑都為分析純。

2.2 AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料的制備

將AAO模板置于質(zhì)量百分比濃度為0.8%的明膠水溶液中，浸泡30分鐘，其中明膠水溶液的溫度為70℃。將AAO模板從明膠水溶液中取出，用95℃的去離子水沖洗兩個(gè)表面以除去模板表面的明膠，立即置于質(zhì)量百分比濃度為1%的明礬水溶液，浸泡5分鐘，明礬水溶液的溫度為0℃。將AAO模板固定在自制的反應(yīng)器中，加入反應(yīng)溶液，使AAO模板的一個(gè)面浸泡在碘化鉀溶液中，另一個(gè)面浸泡在硝酸銀溶液中，兩種溶液基本處于同一高度，其中，碘化鉀溶液濃度為0.15mol.L-1，硝酸銀溶液濃度為0.15mol.L-1。開始反應(yīng)，記為第一階段，反應(yīng)時(shí)間持續(xù)12小時(shí)；將反應(yīng)溶液倒掉，再將模板從固定裝置中拆卸下來(lái)并調(diào)換兩面，重新置于反應(yīng)器中，加入與上述相同的反應(yīng)溶液繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，記為第二階段，反應(yīng)時(shí)間持續(xù)24小時(shí)。反應(yīng)在暗室進(jìn)行。

反應(yīng)完畢，將產(chǎn)品放入濃度為25%的甘油水溶液24小時(shí)以溶解明膠，再將產(chǎn)品在去離子水中浸泡30分鐘以洗去其它自由離子，晾干，表征。

3 結(jié)果和討論

3.1 AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料的表征

由圖1可知，AgI納米線是連續(xù)、致密、平滑的，充滿了氧化鋁模板的所有孔隙，而且AgI納米線的長(zhǎng)度達(dá)到了與氧化鋁模板厚度相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度；模板的表面無(wú)AgI顆粒。將明膠除去后對(duì)AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料進(jìn)行EDS表征，由圖2可知，明膠都被溶解除去。

圖1 AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料的SEM圖像：（A）橫截面；（B）縱截面；（C）正表面；（D）反表面。

圖2 AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料除去明膠后的表征圖像：（a）縱截面；（b）EDS表征。

3.2 AgI納米線生長(zhǎng)過程討論

本文所述的制備方法采取的措施是利用反應(yīng)過程中兩種離子擴(kuò)散速度的差異來(lái)生長(zhǎng)AgI納米線。反應(yīng)經(jīng)過一段時(shí)間后，AgI納米線將堵塞孔隙，進(jìn)一步的沉積是由于Ag+、I-在AgI內(nèi)部和AgI/AAO界面間的遷移所形成的。I-比Ag+的半徑大，其遷移速度比Ag+的遷移速度小得多，就導(dǎo)致AgI納米線朝著碘化鉀溶液方向生長(zhǎng)，本文即利用這種離子擴(kuò)散速度的差異來(lái)生長(zhǎng)AgI納米線。

圖3 AgI納米線生長(zhǎng)過程示意圖：（A）反應(yīng)第一階段AgI納米線的生長(zhǎng)狀況；（B）模板的兩個(gè)表面對(duì)調(diào)；（C）反應(yīng)第二階段AgI納米線的生長(zhǎng)狀況。

4 %總結(jié)

本文通過利用Ag+和I-在模板孔隙中擴(kuò)散速度的差異制備了形貌良好的AgI/AAO介孔納米復(fù)合材料，并對(duì)AgI納米線的生長(zhǎng)過程進(jìn)行了討論。

（1）掃描電鏡結(jié)果顯示，AgI納米線是連續(xù)、致密和平滑的，填充了氧化鋁模板的每一個(gè)孔隙，并且具有和模板厚度相同的長(zhǎng)度；模板的表面無(wú)AgI顆粒覆蓋。

（2）在化學(xué)沉積過程中，Ag+的擴(kuò)散速度大于I-的擴(kuò)散速度；本文即利用了離子擴(kuò)散速度的差異在AAO模板中生長(zhǎng)AgI納米線。

［1］C.C.Liang,J.Electrochem.Soc.1973,120,1289.

［2］T.Jow,J.B.Wagner Jr.,J.Electrochem.Soc.1979,126,1963.

［3］J.Maier,J.Phys.Chem.Solids.1985,46,309.

［4］M.Nagai,T.Nishino,Solid State Ionics.1999,117,317.

［5］Woo Lee,Han-Ill and Jin-Kyu Lee,Chem.Commun.,2001,2530.

［6］Mahnaz El-Kouedi,Carolyn J.Seugling and Colby A.Foss,Jr.,Chem.Mater.1998,10,3287.

［7］ Mahnaz El-Kouedi,Sheri A.Bodoiosky and Rober E.Bachman,J.Phys.Chem.B.,2002,106,7205.

［8］李金培,琚偉.“化學(xué)沉積法制備鹵化銀/氧化鋁介孔納米復(fù)合材料的方法”,發(fā)明專利,申請(qǐng)?zhí)?200510011558.0,授權(quán)日期:2008年9月24日