[發(fā)明專利]一種硅納米管/納米線的制備工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810014146.6
• 申請(qǐng)日: 2008-02-03
• 公開（公告）號(hào): CN101224887A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢見強(qiáng);白玉俊;亓永新;朱慧靈;龐林林;王偉禮;韓福東;李少杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B33/021
• 分類號(hào): C01B33/021;C01B33/033;B82B3/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅納米管/納米線的制備工藝，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硅在現(xiàn)代電子工業(yè)中具有廣泛而重要的應(yīng)用，納米尺度的硅，如納米線、多孔硅等具有良好的光學(xué)性能，受到了越來(lái)越多的關(guān)注：硅的納米線廣泛應(yīng)用于傳感器、邏輯門、存儲(chǔ)器等精密器件以及光電子和生物領(lǐng)域。最新研究發(fā)現(xiàn)，硅的納米陣列具有非常優(yōu)異的熱電性質(zhì)，可用于發(fā)展廉價(jià)的熱電材料，提高大型燃煤發(fā)電機(jī)和微型太陽(yáng)能電池的效率。

目前，硅納米線的制備方法有：(1)用含有少量Fe，Co，Ni等金屬催化劑的硅源作為靶，以Ar氣作為保護(hù)氣體，在一定溫度下進(jìn)行激光燒蝕制備硅納米線；(2)以Au，F(xiàn)e，Ni等金屬作為催化劑通過氣相沉積(CVD)法制備硅納米線；(3)在1200℃的高溫下直接熱蒸發(fā)固態(tài)硅源，然后沉積到襯底上，制備硅納米線；(4)氧化物輔助生長(zhǎng)硅納米線；(5)以多孔氧化鋁、沸石等作模板制備硅納米線；(6)根據(jù)超臨界溶液-液-固(SFLS)生長(zhǎng)機(jī)理制備硅納米線；(7)根據(jù)固-液-固(SLS)生長(zhǎng)機(jī)理制備硅納米線；(8)采用分子束外延(MBE)法制備硅納米線。

硅納米管的制備方法有：(1)在具有納米通道的Al₂O₃基底上沉積金作催化劑，通過CVD法制備硅納米管；(2)在多孔氧化鋁上采用分子束外延生長(zhǎng)硅納米管；(3)以ZnS納米線為模板進(jìn)行外延生長(zhǎng)，然后溶掉ZnS納米線獲得硅納米管；(4)通過水熱法制備硅納米管；(5)通過直流電弧等離子技術(shù)生長(zhǎng)硅納米管；(6)硅烷在金催化的條件下進(jìn)行高溫裂解制備硅納米管；(7)聯(lián)合使用模板和CVD技術(shù)制備硅納米管。

由上可見，目前制備硅納米線和納米管方法一般都需要在1000℃以上的高溫進(jìn)行，且需要催化劑，不僅設(shè)備復(fù)雜，而且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品純度低(存在金屬催化劑污染)、成本高，給硅納米線和納米管的應(yīng)用帶來(lái)了諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種硅納米管/納米線的制備工藝，步驟如下：

(1).稱取鋅粉，量取液態(tài)四氯化硅，其中，鋅粉質(zhì)量與四氯化硅體積之比為2g∶1ml～6g∶1ml，然后裝入反應(yīng)釜中，封緊反應(yīng)釜，在加熱爐中加熱到450～550℃，并保溫8～12小時(shí)，使兩種反應(yīng)物之間發(fā)生如下反應(yīng)：SiCl₄+2Zn＝Si+2ZnCl₂，然后關(guān)閉加熱爐，使反應(yīng)釜在爐中自然冷卻，冷卻至室溫；

(2).用鹽酸清洗冷卻后的反應(yīng)產(chǎn)物，然后抽濾，除去殘余反應(yīng)物；

(3).用離子水清洗上述反應(yīng)產(chǎn)物，然后抽濾，除去反應(yīng)副產(chǎn)物；

(4).將所得產(chǎn)物在50～60℃溫度下烘干3～8小時(shí)后，得棕色或灰色粉末，即為硅納米管/納米線。

所述步驟(1)中稱量鋅粉和量取四氯化硅是在無(wú)水無(wú)氧手套箱中進(jìn)行的。

本發(fā)明以四氯化硅(SiCl₄)作為硅源，以鋅作為還原劑和金屬溶劑，在鋅的熔點(diǎn)(419.58℃)以上，利用液態(tài)鋅的浮力作用制備硅納米管和納米線；本發(fā)明的特點(diǎn)是：在液態(tài)鋅的浮力作用和較低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)耗時(shí)短，產(chǎn)物純度高，產(chǎn)率高，可重復(fù)性好，是一種理想的制備硅納米管/納米線的方法。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制得的產(chǎn)物的X-射線衍射圖；

圖2為實(shí)施例1制得的產(chǎn)物的形貌圖a(100nm)；

圖3為實(shí)施例1制得的產(chǎn)物的形貌圖b(200nm)；

圖4為實(shí)施例1制得的產(chǎn)物的形貌圖c(200nm)；

圖5為實(shí)施例1制得的產(chǎn)物的形貌圖d(200nm)；

圖6為實(shí)施例1制得的產(chǎn)物的形貌圖e(200nm)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：制備硅納米管和硅納米線：

在無(wú)水無(wú)氧手套箱中，用天平稱取15g?Zn粉，用移液管量取4ml?SiCl₄，移入30ml反應(yīng)釜中，封緊反應(yīng)釜，在加熱爐中加熱到550℃并保溫10小時(shí)，關(guān)閉加熱爐，使反應(yīng)釜在爐中自然冷卻至室溫，用鹽酸清洗反應(yīng)產(chǎn)物，抽濾，至濾液無(wú)色，再用去離子水清洗反應(yīng)產(chǎn)物，至濾液呈中性，然后將產(chǎn)物在50℃烘干3小時(shí)，得到棕色粉末0.9g，產(chǎn)物中的納米管和納米線占80％以上。

由圖1可知，圖中各衍射峰與面心立方結(jié)構(gòu)的硅非常吻合，晶格常數(shù)a＝5.438；從圖2中可以觀察到大量的硅納米管和納米線，通過樣品的形貌可以證實(shí)硅納米管和納米線是在液態(tài)鋅的浮力作用下，垂直于溶劑鋅的液面方向生長(zhǎng)而成，可以說(shuō)明硅納米管和納米線的形成過程。

實(shí)施例2：制備硅納米管和硅納米線：