[發明專利]一種平行排列的SiO2

有效

• 申請號: 201711426036.6
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108147418B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 楊喜寶;呂航;王莉麗;李波欣;陳雙龍;董恩來;趙景龍;劉秋穎;姚震
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明敘述了一種平行排列的SiO₂納米線的制備方法，該方法的整個過程是以SiO納米粉作為反應源，在低真空環境下的一維高溫管式爐的高溫區發生反應，并隨著保護氣體的流通沉積到硅片襯底的低溫區域上，該方法產量很高、操作方法簡單、安全環保、成本低廉、不需添加催化劑，通過化學反應在高溫反應下即可完成。利用該方法制備出的SiO₂納米線具有平行排列的結構，因其獨特的新穎結構對開發材料性能的新領域有著重要的學術意義及應用。

技術領域

本發明涉及一種平行排列的SiO₂納米線及其制備方法，屬于三維納米材料的技術領域。

背景技術

近年來，材料制備技術發展迅速，尤其是納米科學技術領域，作為材料制備技術發展的前沿，開辟了材料領域的新天地。SiO₂作為一種傳統的電絕緣材料，也是半導體工藝中最重要的基礎材料，其納米線的制備技術在集成電路和太陽能電池領域的應用前景具有重要的參考價值, 同時在介觀物理研究和納米器件中有著潛在的應用,例如, 可以用來制作一維量子晶體管, 發光二極管等。另外，作為典型的硅基納米材料，其量子尺寸限制效應和同類元素獨特的光電特性相結合，在生物醫藥方面及納米器件集成電子領域具廣泛的應用前景。并且，SiO₂納米材料自身具有高純度、低密度、高比表面積、分散性好以及優良的力學、光學性能的奇特性質，廣泛應用于高分子復合材料、催化劑載體、電子封裝材料、橡膠、塑料、造紙、密封膠、高檔填料、涂料等諸多行業的產品中。目前來說，制備高產量、結晶性好、尺寸均勻且具有光學可調性的納米結構材料仍是現研究階段的要點，并對納米器件的開發和優化具有重要科學意義。

目前的納米線、納米棒等納米結構材料的制備方法有很多種，如激光燒蝕法、液相沉積法、化學氣相沉積、熱蒸發法。然而目前對于平行排列SiO₂納米線的制備工作暫時未見報道，它的性能和應用也未得到很好的證實，利用熱蒸發法制備平行排列SiO₂納米線，成本低廉，產物結構新穎，對納米材料制備領域的發展有重要參考價值。另外，針對硅納米材料的制備研究中存在著分散性較差、穩定性較低、尺寸不可調控、形貌不均勻等問題，SiO₂平行排列納米線的制備研究對硅基納米材料制備工藝的優化具有重要意義。

發明內容

為解決現有SiO₂納米材料現有制備技術存在的問題，本發明利用安全、無污染、成本低的熱蒸發法制備出了一種新型的平行排列的SiO₂納米線。

一種平行排列的SiO₂納米線的制備方法，該制備方法步驟如下。

第一步：將基底Si片預處理，用丙酮超聲，再用等離子水清洗。用酒精清洗石英舟。

第二步：使用SiO納米粉作為反應源放入石英舟一端，然后將處理好的基底Si片放置于石英舟內，保證其在反應源上方且不與反應源接觸，再將裝有基底和反應源的石英舟放入通有Ar保護氣體的高溫管式爐中。

第三步：將爐內溫度升至反應源需要發生反應的適宜溫度，保溫2-3 hrs。反應結束后將待爐內溫度降至低溫取出后發現基底基片上生長了白色絮狀物即為1所述的平行排列的SiO₂納米線。

所述基底為Si片，可兼容相關工藝器件。

所述基底Si片拋光面向下放置石英舟，且逐一間隔排列不與反應源接觸，再將石英舟放入管式爐內，以保證樣品順利在Si基底上生長。

第三步中反應源的反應溫度范圍在1140-1160 oC，生成白色絮狀產物的沉積溫度范圍在1120-1150 oC。實驗設定沉積溫度比反應溫度低20 oC，以確保樣品順利在基底上沉積，又不會造成實驗損耗。

沿著小石英管開口方向（順時針方向）通入保護氣體氬氣，且流量為80-90 ml/min，既保證了實驗產品的順利生長，又可以將實驗損耗降到最低。