Page 49 - 《精细化工》2020年第9期
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第 9 期 张一帆，等: 固态离子学法制备金属纳米材料的研究进展 ·1763·
光学、磁学、力学、催化、杀菌消毒等方面具有优 流的作用下，阳极表面与快离子导体薄膜接触的金
异的性能。传统制备金属纳米结构的方法有模板法、 属原子首先被氧化，失去电子转变为阳离子，随即
置换法、热蒸发法和热分解法等，但所制备的银、 阴极接收到通过快离子导体薄膜通道传输的金属阳
铜、金纳米材料很难达到宏观量级尺度，致使金属纳 离子，同时，从阳极失去的电子通过外部导线到达
米材料的性能研究无法用常规手段展开 [13-15] 。而固态 阴极。最终，阳离子在阴极得到电子被还原为金属
离子学法在全固态环境中制备金属纳米材料，操作 原子，并在阴极堆积结晶形成宏观量级金属纳米材
简单且实验结果可控。全固态条件下，利用该法制 料。基于固态离子学法制备金属纳米材料的生长模
备金属纳米材料的形态可控，通过改变施加的直流 型如图 1 所示。
电场方向、作用时间和电场强度可控制纳米材料的 在利用固态离子学法成功制备金属纳米材料的
生长方向、长度和排列有序度 [16] 。 过程中，快离子导体薄膜的选择和制备是关键环节。
因此，固态离子学法成为目前制备金属纳米材 快离子导体又被称为固体电解质或超离子导体，与
其他经典的离子导体最主要的区别在于其具有高导
料的有效方法。本文归纳了应用固态离子学法制备
电率和低活化能，且在固态下离子传导能力达到与
金属纳米材料的研究工作，将分别从单一金属纳米
熔盐或强电解质水溶液相当的水平 [18-19] 。因此，这
材料、合金纳米材料以及复合纳米材料的制备进行
种快离子导体可被用来取代传统制备方法中的电解
综述，并对该法未来的研究方向进行展望。
质溶液，达到在固态下传输金属离子的目的，实现
1 固态离子学法的制备机理 全固态方法制备金属纳米材料。选择快离子导体的
基本原则是在室温下具有高传导离子能力，在此基
固态离子学法是在全固态环境且无模板的条件 础上选择容易制备且结构稳定的快离子导体作为传
下，在常温常压下，选取可快速传导金属离子的导 输媒介制备纳米材料。在已知的快离子导体中，Ag 、
+
–
体薄膜作为传输介质，仅在外加电场的作用下实现 Cu 、Li 、F 等一价阳离子和阴离子作为迁移离子
+
+
宏观尺寸达厘米级的金属纳米材料的定向控制生 得到广泛应用。利用快离子导体薄膜制备金属纳米
长 [17] 。该法的制备机理为：在干净的石英玻璃片两 材料的实验装置示意图如图 2 所示。因此，选择合
端蒸镀金属薄膜作为电极，再将快离子导体薄膜蒸 适的快离子导体薄膜是利用该法成功制备金属纳米
镀在整个基底片上，使其完全覆盖电极。在外加电 结构的关键。
图 1 金属纳米材料的生长模型
Fig. 1 Growth models of metal nanostructures
2 固态离子学法制备金属纳米材料
金属材料一般具有良好的延展性，优良的导热、
导电性，且在光学、磁学和力学等方面有突出的优
势。随着科学技术的发展，研究者们将金属材料与
纳米技术结合起来成功制备出了不同形貌的金属纳
米材料 [21-23] 。在众多的金属纳米材料中，银、铜纳
图 2 利用快离子导体薄膜制备金属纳米材料的实验装 米材料极易合成，且具备极高的电导率、热导率、
置示意图 [20] 强烈的表面等离子体激发特性和拉曼增强特性等独
Fig. 2 Experimental set up for the preparation of metal
nanostructures using fast ionic conductor films [20] 特性能，因而得到广泛关注。
