利用高温熔盐反应制备一维纳米线、纳米管的有序阵列新工艺制造技术

一种利用高温熔盐反应制备一维纳米线、纳米管的有序阵列新工艺，其特征在于：所述工艺过程是将前驱体材料与熔盐介质按照重量比混合均匀后在管式炉中加热到熔盐的熔点以上，或放在附有催化剂的基底上，在高温炉中加热至熔盐熔点以上，控制反应器内的气氛，在适当保温、控制降温速度，逐步冷却，再用与熔盐相应的溶剂将熔盐溶解分离，可以分别获得相应的金属氧化物、硫化物的一维纳米材料，或在基底表面获得相应材料的有序阵列特征的一维纳米材料。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于无机纳米材料制备
特别涉及一种利用高温熔盐反应制备一维纳米线、纳米管的有序阵列新工艺。
技术介绍
1991年碳纳米管的发现及其随后展示出来的许多奇异低维量子特性和广阔的应用前景，为一维纳米功能材料开辟了崭新的研究领域，引起了国内外从事纳米材料科学研究的化学、物理学与材料科学等学科领域的科技工作者的极大兴趣。在“S.Iijima，Nature，354，56(1991)”及“H.J.Dai et al.Nature375，769(1995)”中报道碳纳米管近十年来，围绕一维纳米结构特别是碳纳米管的合成取得了重要进展。同时，基于尺寸效应和量子效应，许多非碳化合物的纳米结构，尤其是一些金属和半导体材料，同样可能产生新的性能，因此，发展具有金属或半导体特性的新型无机非碳纳米管和单晶纳米线成为国际纳米材科研究领域中竞争最激烈的前沿发展方向之一。无机非碳纳米管和单晶纳米线的高温合成包括以下几种工艺(1)模板法，包括纳米碳管以及多孔氧化铝模板等方法“Zhou D，Seraphin S，Chem.Phys.Lett.222，223(1994)”；(2)晶体的气固(Vapor-Solid，VS)生长法“Yang PD，Lieber CM，Science，273，1836(1996)”；(3)激光烧蚀或金属有机气相沉积与晶体的气-液-固(Solution-Liquid-Solid，VLS)生长法“R.S.Wagner，W.C.Ellis，Appl.Phys.Lett.，1964，4，89”；(4)高温激光蒸发或简单物理蒸发法“Z.W.Pan，Z.R.Dai，and Z.L.Wang，Science，291，1947(2001)”。另外，在“Solid State Communications 122(2002)175-179”中报道了采用有机表面活性剂辅助ZnC2O4简单热分解工艺制备ZnO纳米线的工艺，在NaCl熔盐中实现了ZnO纳米线的生长，具体工艺过程包括源材料Zn(CH3COO)2·2H2O与H2C2O4·2H2O按照1∶1的摩尔比混合，然后加入活性剂NP-9/5，在研钵中研磨数分钟，放入干燥箱中烘干后获得ZnC2O4，ZnC2O4与NaCl混合，在管式炉中加热至910℃，冷却后得到了ZnO纳米线。研究发现，该方法必须采用表面活性剂作为模板，前驱体颗粒附着在线状的表面活性剂有机分子表面形成线状结构，在随后的高温处理过程中形成纳米线，属于模板法范畴，而本技术是无模板纳米材料的生长，因而文献报道的工艺与本技术具有本质的区别。目前，一维纳米材料的阵列的高温合成工艺为CVD工艺，例如Yang PD等在Advance Materials，13，113(2001)上报道的利用VLS机制制备ZnO纳米线阵列。采用高温熔盐反应制备一维纳米线、纳米管的有序阵列的方法尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用高温熔盐反应制备一维纳米线、纳米管的有序阵列新工艺，其特征在于所述工艺过程是将前驱体材料与熔盐介质按照重量比混合均匀后在管式炉中加热到熔盐的熔点以上，或放在附有催化剂的基底上，在高温炉中加热至熔盐熔点以上，控制反应器内的气氛，在适当保温时间后、控制降温速度，逐步冷却后，再用与熔盐相应的溶剂将熔盐溶解分离，可以分别获得相应的金属氧化物、硫化物的一维纳米材料，或在基底表面获得相应材料的有序阵列特征的一维纳米材料。所述的前驱体材料可以为金属或半导体材料及其盐，与最终获得的一维纳米材料或一维纳米材料有序阵列的金属成份一致。所述熔盐可以是某一种单一成份的盐，及其几种盐混合而成，比如NaCl与KCl的低熔点共熔成份。所述溶剂是与熔盐相应的溶剂。所述基底材料为Si，蓝宝石，石英。所述催化剂为在基底表面镀一层金。本专利技术的有益效果是利用高温熔盐反应，获得具有一维纳米结构的新材料，尤其是通过在基底表面的催化剂，使一维纳米材料有序生长，工艺过程简单、易控制。调整基底材料所处温区的温度，可以控制产物的形貌。附图说明图1(a)为采用熔盐方法制备的SnO2纳米线扫描电镜图像；(b)为图1(a)的XRD衍射分析结果。图2(a)为采用熔盐方法制备的TiS2纳米线透射电镜图像；(b)为采用熔盐方法制备的TiS2纳米管透射电镜图像。图3(a)为采用熔盐方法制备的ZnO微米管有序阵列扫描电镜图像(b)为图3(a)XRD衍射分析结果。图4(a)为采用熔盐方法制备的SiO2晶须有序阵列扫描电镜图像；(b)为图4(a)EDX能谱分析结果。具体实施例方式本专利技术为一种利用高温熔盐反应制备一维纳米线、纳米管的有序阵列新工艺。其工艺过程是将前驱体材料与熔盐介质按照重量比混合均匀后，直接放入瓷舟等容器中，或放在附有催化剂的基底上后放入瓷舟等容器中，然后在高温炉中加热至熔盐熔点以上，控制反应器内的气氛，在适当温区保温一定时间后，控制降温速度，逐步冷却，再用与熔盐相应的溶剂将熔盐溶解分离，可以分别获得相应的金属氧化物、硫化物等一维纳米材料，或在基底表面获得相应材料的有序阵列特征的一维纳米材料。本专利技术实际是相关的制备一维纳米线、纳米管和一维纳米线、纳米管的有序阵列两种工艺。如果是前一种制备一维纳米线、纳米管就不通过分布在基底表面催化剂的催化作用而直接制备出一维纳米线、纳米管。所述的前驱体材料可以为金属或半导体材料及其盐，与最终获得的目标材料的金属成份一致。所述熔盐可以是某一种单一成份的盐，比如NaCl、KCl、KI(但不限于卤盐)及其几种盐混合而成，比如NaCl与KCl的低熔点共熔成份。所述基底材料为Si，蓝宝石，石英。所述催化剂为在基底表面镀一层金。以下仅举实施例进一步说明本专利技术。实例1SnO2纳米线的制备(1)将0.2g金属Sn粉末与1gNaCl混合，研磨10分钟，使金属Sn粉末充分分散；(2)将上述粉末放置在瓷舟中，放置在管式炉的中央；(3)通入Ar气，其中混入1％的水蒸气，流量为100cm3/分钟；(4)管式炉用温控仪表控制升温，升温程序如下从室温升到860℃，1小时；在860℃保温2小时后自然冷却至室温；(5)用去离子水洗涤去除NaCl，过滤；(6)本实验制备的SnO2纳米线的扫描电镜结果如图1所示。实例2 TiS2纳米线与管的制备(1)将0.2g金属Ti粉末与1g KI混合，研磨10分钟，使金属Ti粉末充分分散；(2)将上述粉末放置在瓷舟中，放置在管式炉的中央；(3)在加热炉的低温端放置S粉或通入Ar的同时通入约1％H2S气体提供S源；(4)通入Ar气，流量为100cm3/分钟；(5)管式炉用温控仪表控制升温，升温程序如下从室温升到850℃，1小时；在850℃保温2小时后自然冷却至室温；(6)用去离子水洗涤去除KI，过滤；(7)本实验制备的TiS2纳米线的透射电镜结果如图2(a)所示；(8)其中，含有TiS2纳米管，透射电镜结果如图2(b)所示；(9)将金属Ti粉末换为金属Zr粉末，可以获得ZrS2的纳米线与纳米管。实例3在Si等基底材料上制备ZnO微米管的有序阵列(1)将Si片等基底材料在丙酮等有机溶剂中超声洗涤洁净，干燥后放入真空镀膜设备中镀上一层金膜作为催化剂，金膜的厚度可以通过时间加以控制，金膜的厚度对于最终产物的尺寸具有重要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚栋，孔祥华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：