[發(fā)明專利]一種氧化鋁-氧化錫復(fù)合納米管的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110352115.3
• 申請日: 2011-11-09
• 公開（公告）號: CN103105419A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜來新;毛啟明;尹桂林;何丹農(nóng)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 上海東方易知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)納米管的制備方法，特別是涉及一種將原子層沉積方法（ALD）和靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合來制備氧化鋁-氧化錫復(fù)合結(jié)構(gòu)納米管的方法。

背景技術(shù)

原子層沉積（Atomic?Layer?Deposition，ALD）是一種基于化學(xué)過程的薄膜沉積技術(shù)。多數(shù)ALD過程是兩種化學(xué)物質(zhì)參與反應(yīng)，它們又被稱為前驅(qū)體。這些前驅(qū)體按照先后次序曝露，在基底表面一次只進(jìn)行一種物質(zhì)的反應(yīng)，重復(fù)這樣的過程，一定厚度的薄膜得以沉積。ALD本質(zhì)上說是一種自限的（即一次反應(yīng)沉積的薄膜材料的量是恒定的）、連續(xù)的表面化學(xué)反應(yīng)，這種方法可以在各種形狀的基底上沉積不同組分且保型性很好的薄膜。ALD過程與化學(xué)氣相沉積（Chemical?Vapor?Deposition，CVD）相似，但又有所不同，ALD反應(yīng)是將CVD反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)，要反應(yīng)的前驅(qū)體彼此保持分離，不直接發(fā)生氣相間反應(yīng)，只發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)。由于自限和表面化學(xué)反應(yīng)自身固有特點，ALD方法沉積薄膜能達(dá)到原子級別的控制。薄膜厚度能通過反應(yīng)的循環(huán)數(shù)簡單而精確控制，不同成分的多層膜也能直接得到，具有大面積、批量沉積薄膜的能力，薄膜具有優(yōu)異的保型性和可重復(fù)性。這些優(yōu)點使ALD技術(shù)在微納米核心元器件制造領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。靜電紡絲是一種制備有機(jī)納米纖維重要方法。聚合物分子放在注射器中，當(dāng)溶液被打入通電的金屬針頭，高壓電使針頭尖端溶液形成Taylor錐，再被電場吸引到距離針頭幾英寸距離的目標(biāo)物表面，噴出的聚合物經(jīng)延展后而變?yōu)榧{米級纖維。通過控制溶液的濃度和針頭的直徑，靜電紡絲法可以得到直徑50-1000nm的纖維。

將原子層沉積和靜電紡絲兩種技術(shù)相結(jié)合可以制備出大長徑比且壁厚均勻的納米管。納米管相較納米薄膜和納米纖維具有更大的比表面積，這有利于氣體分子與氣敏材料充分接觸，大大提高氣體傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度。氧化錫是一種常見的半導(dǎo)體材料，氣體吸附前后能產(chǎn)生較大的電阻變化，具有良好的氣敏性能，廣泛應(yīng)用于厚膜式和薄膜式半導(dǎo)體傳感器中。運用原子層沉積和靜電紡絲方法制備SnO₂納米管并對其進(jìn)行氣敏測試，研究發(fā)現(xiàn)SnO₂納米管對酒精、氫氣、一氧化碳、氨氣和二氧化氮氣體的響應(yīng)時間都小于5s，優(yōu)異的性能來源于于氧化錫管狀式的結(jié)構(gòu)。研究人員發(fā)現(xiàn)SnO₂-ZnO核殼結(jié)構(gòu)納米纖維與純ZnO、純SnO₂納米纖維相比，對CO探測性能極大提升，這主要由于復(fù)合納米纖維的特殊結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)推測傳感性能的提升和ZnO/SnO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，充分的電子湮滅層導(dǎo)致復(fù)合纖維吸附、脫附氣體時電阻發(fā)生更大的變化，氣體探測靈敏度提升?；谝陨蟽善墨I(xiàn)的啟發(fā)，本發(fā)明將原子層沉積和靜電紡絲兩種方法相結(jié)合，以靜電紡絲制得的高分子聚合物納米纖維為犧牲模板，先后用原子層沉積的方法制備氧化鋁和氧化錫復(fù)合纖維；在高溫下將中間聚合物纖維燒掉后即得到氧化鋁和氧化錫復(fù)合納米管。先進(jìn)的原子層沉積技術(shù)能使制備的納米管壁厚均勻且大小任意精確調(diào)節(jié)；良好的重復(fù)性能保證復(fù)合納米管質(zhì)量的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的針對當(dāng)前技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)納米管的制備方法，即先運用靜電紡絲的方法制備直徑可控的聚合物納米纖維，然后運用原子層沉積方法一次沉積氧化鋁、和氧化錫薄膜，最后在高溫下燒結(jié)掉中間的有機(jī)纖維得到氧化鋁-氧化錫復(fù)合納米管。該方法制備的納米管管壁均勻，質(zhì)量穩(wěn)定，對其作為氣敏材料提高現(xiàn)有半導(dǎo)體傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度有很好的預(yù)期。

本發(fā)明提供一種氧化鋁-氧化錫復(fù)合納米管的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

配置高分子聚合物溶液，用靜電紡絲方法制備聚合物纖維；將纖維干燥箱中老化后，再用原子層沉積方法在纖維上制備氧化鋁和氧化錫薄膜；最后將復(fù)合纖維高溫下燒結(jié)得到氧化鋁-氧化錫復(fù)合結(jié)構(gòu)納米管；

其中所述高分子聚合物為聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或其組合，所述高分子聚合物溶液的質(zhì)量濃度為5～10%。

所述靜電紡絲方法制備聚合物纖維，所加電壓為8～15?KV，喂液速度為0.5～2ml/h。

所述老化為在溫度為200?℃的干燥箱中老化2小時。

所述原子層沉積方法制備氧化鋁薄膜，所用沉積溫度為120～200℃，將前驅(qū)體三甲基鋁通入0.2秒脈沖時間，清洗脈沖時間為4s；通入水蒸汽脈沖0.2秒，清洗脈沖時間4秒，至此完成一個循環(huán)的氧化鋁的沉積，通過控制循環(huán)數(shù)量得到一定厚度的氧化鋁薄膜。