一种铜纳米线及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铜纳米线及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
由于拥有许多独特性质(如超级机械韧性、高冷光效率等)，纳米线材料具有重要的工业应用价值。属于金属纳米线的铜纳米线可应用于透明导电薄膜，在微纳器件的节点连通中也有潜在应用。
目前铜纳米线的制备方式主要分为2大类：一类是液相法，包括以模板为基础的电化学沉积，以及采用导向剂的水热化学合成等。另一类是气相法，原理是将固相物质的过饱和蒸气压控制在较低水平，实现纳米结构的生长。液相法制备铜纳米线存在的问题包括：模板制备复杂(如氧化铝模板)，模板会导致纳米线多晶结构；水热法工艺复杂，需添加大量化学试剂，环保性差等问题。而气相法需要特定的真空高温设备，成本高等问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种铜纳米线，该铜纳米线具有<111>方向择优生长的单晶结构其宽度为50～200纳米，长度为10～100μm；
本发明的另一目的是提供一种铜纳米线的制备方法，该方法采用腐蚀方式制备铜纳米线，前驱体采用便宜的结构工程材料元素(如Fe，Mn等)，腐蚀液采用常见的盐酸，制备方法简单易行，环保性好，解决了现有技术中液相法和气相法制备铜纳米线存在工艺复杂、成本高、环保性差等问题。
技术方案：本发明提供了一种铜纳米线制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将纯金属Fe、Mn、Cu和S混合，加热获得均匀金属熔液后进行快淬，获得单一相结构的FeMnCuS预合金；
2)将单一相结构的FeMnCuS预合金进行腐蚀液腐蚀处理，之后对腐蚀完的溶液过滤，得到残留物；
3)对残留物清洗并在惰性气体中干燥，即可获得铜纳米线。
其中：
步骤1)所述的纯金属Fe、Mn、Cu和S的纯度在99at％以上；
步骤1)所述的FeMnCuS预合金中Fe、Mn、Cu和S的原子百分比为：Mn 75～91at％、Cu0.5～2at％、Fe 5～24at％、S 0.5～2at％。
步骤1)所述的加热获得均匀金属熔液后进行快淬中，加热的温度为1500～1700℃。
步骤1)所述的加热获得均匀金属熔液后进行快淬中，快淬的起始温度区间为1240～1700℃。
步骤2)所述的腐蚀液为体积浓度为1％～5％的盐酸。
步骤3)所述的对残留物清洗并在惰性气体中干燥中，清洗残留物所用试剂为超纯水，惰性气体中氧的体积分数低于万分之一；所述干燥过程中的温度不超过30℃。
本发明还提供了一种利用铜纳米线制备方法制得的铜纳米线，该铜纳米线具有<111>方向生长的单晶结构，其宽度为50～200纳米，长度为10～100μm。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、相对于液相法和气相法，本发明采用腐蚀方式制备铜纳米线，该方法操作简单；
2、本发明采用了便宜的结构工程材料元素，采用化学药品少，因此相对采用大量化学药品的液相法，成本低、环保性好；
3、本发明制备得到的铜纳米线不同于液相模板法中获得多晶结构铜纳米线，该铜纳米线为单晶结构。
附图说明
图1本发明制备的铜纳米线扫描电镜照片及透射电子衍射图，其中插图为透射电子衍射图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明做进一步的说明。
一种铜纳米线制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将纯金属Fe、Mn、Cu和S混合，加热获得均匀金属熔液后进行快淬，获得单一相结构的FeMnCuS预合金；
2)将单一相结构的FeMnCuS预合金进行腐蚀液腐蚀处理，之后对腐蚀完的溶液过滤，得到残留物；
3)对残留物清洗并在惰性气体中干燥，即可获得铜纳米线。
其中：
步骤1)所述的纯金属Fe、Mn、Cu和S的纯度在99at％以上；
步骤1)所述的FeMnCuS预合金中Fe、Mn、Cu和S的原子百分比为：Mn 75～91at％、Cu0.5～2at％、Fe 5～24at％、S 0.5～2at％。
步骤1)所述的加热获得均匀金属熔液后进行快淬中，加热的温度为1500～1700℃。
步骤1)所述的加热获得均匀金属熔液后进行快淬中，快淬的起始温度区间为1240～1700℃。
步骤2)所述的腐蚀液为体积浓度为1％～5％的盐酸。
步骤3)所述的对残留物清洗并在惰性气体中干燥中，清洗残留物所用试剂为超纯水，惰性气体中氧的体积分数低于万分之一；所述干燥过程中的温度不超过30℃。
本发明还提供了一种利用铜纳米线制备方法制得的铜纳米线，该铜纳米线具有<111>方向生长的单晶结构，其宽度50～200纳米之间，长度为10～100μm。
实施例1
一种铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)将纯金属Fe、Mn、Cu和S(纯度在99at％以上)按照原子百分比24at％：75at％：0.5at％：0.5at％混合，之后通过感应加热在1700℃熔炼2次，每次10分钟，获得均匀金属熔液后于1240℃快淬，获得单一相结构的FeMnCuS预合金；
2)将单一相结构的FeMnCuS预合金置于体积浓度为1％的盐酸溶液中静置腐蚀溶解，之后对腐蚀完的溶液过滤，得到残留物；
3)对残留物在超纯水中清洗，之后在30℃、惰性气体(含氧的体积分数低于万分之一)保护条件下进行干燥获得铜纳米线。
该铜纳米线具有<111>方向择优生长的单晶结构，其宽度为50～70nm，长度为10～100μm。
实施例2
一种铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)将纯金属Fe、Mn、Cu和S(纯度在99at％以上)按照原子百分比21at％：75at％：2at％：2at％混合，之后通过感应加热在1500℃熔炼2次，每次10分钟，获得均匀金属熔液后于1500℃快淬，获得单一相结构的FeMnCuS预合金；
2)将单一相结构的FeMnCuS预合金置于体积浓度为5％的盐酸溶液中静置腐蚀溶解，之后对腐蚀完的溶液过滤，得到残留物；
3)对残留物在超纯水中清洗，之后在15℃、惰性气体(含氧的体积分数低于万分之一)保护条件下进行干燥获得铜纳米线。
该铜纳米线具有<111>方向择优生长的单晶结构，其宽度约150～200nm，长度为10～100μm。
实施例3
一种铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)将纯金属Fe、Mn、Cu和S(纯度在99at％以上)按照原子百分比23at％：75at％：1at％：1at％混合，之后通过感应加热在1500℃熔炼2次，每次10分钟，获得均匀金属熔液后于1500℃快淬，获得单一相结构的FeMnCuS预合金；
2)将单一相结构的FeMnCuS预合金置于体积浓度为2.5％的盐酸溶液中静置腐蚀溶解，之后对腐蚀完的溶液过滤，得到残留物；
3)对残留物在超纯水中清洗，之后在20℃、惰性气体(含氧的体积分数低于万分之一)保护条件下进行干燥获得铜纳米线。
该铜纳米线具有<111>方向择优生长的单晶结构，其宽度约100～150nm，长度为10～100μm。
实施例4
一种铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)将纯金属Fe、Mn、Cu和S(纯度在99at％以上)按照原子百分比5at％：91at％：2at％：2at％混合，之后通过感应加热在1500℃熔炼2次，每次10分钟，获得均匀金属熔液后于1500℃快淬，获得单一相结构的FeMnCuS预合金；
2)将单一相结构的FeMnCuS预合金置于体积浓度为2.5％的盐酸溶液中静置腐蚀溶解，之后对腐蚀完的溶液过滤，得到残留物；
3)对残留物在超纯水中清洗，之后在25℃、惰性气体保护条件下进行干燥获得铜纳米线。
该铜纳米线具有<111>方向择优生长的单晶结构，其宽度约110～150nm，长度为10～100μm。
