專利名稱：過渡金屬鎳、鈷氧化物納米線陣列制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過渡金屬鎳、鈷氧化物納米線陣列制備方法，制備如鎳、鈷等過渡 金屬氧化物納米線陣列，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
過渡金屬氧化物納米材料具有獨(dú)特性質(zhì)，如NiO納米材料是一種催化作用較好的 氧化催化劑，可用作鋰離子電池的陽極材料，現(xiàn)有技術(shù)采用化學(xué)方法制備NiO納米材料，但 是，所制備的NiO納米線排列混亂，未形成良好的陣列形貌，見圖1所示，不符合作為鋰離子 電池陽極材料的技術(shù)要求?，F(xiàn)有能夠制備金屬氧化物納米線陣列的方法為氣相輸運(yùn)法，采用氣相沉積設(shè)備， 通過VLS(固-液-氣)生長機(jī)制實(shí)現(xiàn)如ZnO等金屬氧化物納米線陣列的制備。以ZnO納米 線陣列制備為例，該方法包括以下步驟1、在生長襯底上蒸鍍金膜作為催化劑；2、采用ZnO 與C粉作為生長源，并與蒸鍍了催化劑的襯底一同放入真空管；3、將真空管放入管式爐中， 真空管一端與進(jìn)氣管相連，另一端與真空泵相連，采用Ar氣清洗進(jìn)氣管和真空管內(nèi)腔，清 除殘存空氣，然后將真空管抽真空；4、管式爐升溫，經(jīng)進(jìn)氣管通入02/Ar混合氣體作為氧源， ZnO與C粉反應(yīng)釋放出Zn蒸汽，Zn蒸汽被襯底上在高溫下熔為液滴并呈陣列狀分布的金催 化劑吸附，并向襯底方向析出，在析出過程中與氧源中的O2反應(yīng)生成ZnO，所生成的ZnO沿 固定取向生長，形成ZnO納米線陣列；5、生長結(jié)束后，高溫爐自然冷卻至室溫。所述方法不 適用于NiO等過渡金屬氧化物納米線的制備，這是因?yàn)樵擃惤饘傺趸锊痪哂袚駜?yōu)生長特 性，其生長沒有固定取向，無法形成VLS塵長機(jī)制，從而無法生成該類金屬氧化物的納米線 陣列。另外，由于該方法需要在襯底上蒸鍍金膜催化劑，使得制備方法繁瑣、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用氣相沉積設(shè)備制備過渡金屬氧化物納米線陣列，為此，我們 發(fā)明了本發(fā)明之過渡金屬鎳、鈷氧化物納米線陣列制備方法。本發(fā)明之方法是這樣實(shí)現(xiàn)的，采用的設(shè)備為管式爐，采用的裝置為真空管及進(jìn)氣 管，真空管一端與進(jìn)氣管相連，另一端與真空泵相連，制備前啟動(dòng)真空泵自進(jìn)氣管抽入Ar 氣清洗進(jìn)氣管及真空管內(nèi)腔，制備過程中真空管抽真空，管式爐升溫加熱真空管，制備結(jié)束 后管式爐自然冷卻至室溫，其特征在于將過渡金屬襯底置于真空管中，將過渡金屬氯化物 等重量地分別置于兩個(gè)一端封閉的管狀容器中，并將這兩個(gè)管狀容器也置于真空管中，這 兩個(gè)管狀容器的開口端相對(duì)朝向過渡金屬襯底兩側(cè)邊緣；將真空管放入管式爐中，啟動(dòng)真 空泵使真空管內(nèi)腔處在真空狀態(tài)；管式爐升溫至500 700°C，自進(jìn)氣管通入02/Ar混合氣 體，O2占混合氣體體積的5 15%，繼續(xù)升溫至刻蝕溫度，刻蝕溫度在900 980°C范圍內(nèi) 確定，保持10 30分鐘。在上述過程中，在管式爐升溫后，在過渡金屬襯底表面生成過渡金屬氧化物層；管 狀容器中的過渡金屬氯化物在管式爐升溫至500 700°C后與通入的02/Ar混合氣體中的O2反應(yīng)生成氯氣，氯氣透過過渡金屬襯底表面上的過渡金屬氧化物層向下擴(kuò)散，刻蝕過渡 金屬襯底，生成氣態(tài)過渡金屬氯化物，形成近乎直立的納米線并呈陣列狀排列，再被02/Ar 混合氣體中的O2氧化成過渡金屬氧化物，見圖2所示，完成過渡金屬氧化物納米線陣列的 制備。與現(xiàn)有采用化學(xué)方法制備過渡金屬氧化物納米材料的技術(shù)相比，本發(fā)明獲得了具 有良好形貌的過渡金屬氧化物納米線陣列。與現(xiàn)有采用氣相輸運(yùn)法制備金屬氧化物納米線陣列的技術(shù)相比，相同之處在于使 用的設(shè)備和部分裝置相同，都需要用Ar氣清洗裝置內(nèi)部并抽真空，均以02/Ar混合氣體作 為氧源，在高溫下逐步形成的納米線，制備過程結(jié)束后，高溫爐均自然冷卻至室溫。而不同 之處主要有本發(fā)明無需制備金膜作為催化劑，使用的原料以及工藝步驟和參數(shù)不同，金屬 氧化物納米線陣列的形成機(jī)制不同，即現(xiàn)有技術(shù)為金屬氣相沉積塵長，本發(fā)明為金屬刻蝕 氧化生成，這一形成機(jī)制避開過渡金屬不具有擇優(yōu)生長方向的特性。相比而言還具有工藝 簡單、操作容易、成本低廉的特點(diǎn)。


圖1是現(xiàn)有采用化學(xué)方法制備的NiO納米線形貌掃描電子顯微鏡照片。圖2是本 發(fā)明制備的NiO納米線陣列掃描電子顯微鏡照片，該圖兼作為摘要附圖。
具體實(shí)施例方式下面具體說明本發(fā)明之方法。采用的設(shè)備為管式爐，采用的裝置為真空管及進(jìn)氣 管，真空管選用石英管，直徑為2. 5cm，長度為1. 5m。將過渡金屬襯底置于真空管中，所述過 渡金屬為Ni或者Co。將過渡金屬氯化物如NiCl2或者CoCl2等重量地分別置于兩個(gè)一端 封閉的管狀容器中，該管狀容器直徑為1.5cm，長度為4cm，將這兩個(gè)管狀容器也置于真空 管中，這兩個(gè)管狀容器的開口端相對(duì)朝向過渡金屬襯底兩側(cè)邊緣。將真空管放入管式爐中。 真空管一端與進(jìn)氣管相連，另一端與真空泵相連。真空泵采用機(jī)械泵。啟動(dòng)真空泵自進(jìn)氣 管抽入Ar氣清洗進(jìn)氣管及真空管內(nèi)腔。然后由真空泵將真空管抽真空至lX10_2mbar。管 式爐升溫加熱真空管。管式爐升溫至500 70(TC，升溫速率為5(TC/min。自進(jìn)氣管通入 02/Ar混合氣體，O2占混合氣體體積的0. 5 15%，氣體流量為50sCCm，真空管內(nèi)腔真空度 保持為800mbar。繼續(xù)升溫至刻蝕溫度，刻蝕溫度在900 980°C范圍內(nèi)確定，保持10 30 分鐘。制備結(jié)束后管式爐自然冷卻至室溫。其中，通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整O2占混合氣體體 積百分比例，在1 10 μ m范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線長度；通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整刻蝕溫 度，在100 500nm范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線直徑。
權(quán)利要求
一種過渡金屬鎳、鈷氧化物納米線陣列制備方法，采用的設(shè)備為管式爐，采用的裝置為真空管及進(jìn)氣管，真空管一端與進(jìn)氣管相連，另一端與真空泵相連，制備前啟動(dòng)真空泵自進(jìn)氣管抽入Ar氣清洗進(jìn)氣管及真空管內(nèi)腔，制備過程中真空管抽真空，管式爐升溫加熱真空管，制備結(jié)束后管式爐自然冷卻至室溫，其特征在于將過渡金屬襯底置于真空管中，將過渡金屬氯化物等重量地分別置于兩個(gè)一端封閉的管狀容器中，并將這兩個(gè)管狀容器也置于真空管中，這兩個(gè)管狀容器的開口端相對(duì)朝向過渡金屬襯底兩側(cè)邊緣；將真空管放入管式爐中，啟動(dòng)真空泵使真空管內(nèi)腔處在真空狀態(tài)；管式爐升溫至500～700℃，自進(jìn)氣管通入O2/Ar混合氣體，O2占混合氣體體積的5～15％，繼續(xù)升溫至刻蝕溫度，刻蝕溫度在900～980℃范圍內(nèi)確定，保持10～30分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡金屬氧化物納米線陣列制備方法，其特征在于，所述過 渡金屬為Ni或者Co，所述過渡金屬氯化物為NiCl2或者CoCl2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡金屬氧化物納米線陣列制備方法，其特征在于，通過在 所述范圍內(nèi)調(diào)整O2占混合氣體體積百分比例，在1 10 μ m范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線長 度；通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整刻蝕溫度，在100 500nm范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線直徑。
全文摘要
過渡金屬鎳、鈷氧化物納米線陣列制備方法屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)采用化學(xué)方法制備NiO納米材料，但是，所制備的NiO納米線排列混亂，未形成良好的陣列形貌。本發(fā)明采用管式爐、真空管等進(jìn)行制備，將過渡金屬襯底置于真空管中，將過渡金屬氯化物等重量地分別置于兩個(gè)一端封閉的管狀容器中，并將這兩個(gè)管狀容器也置于真空管中，這兩個(gè)管狀容器的開口端相對(duì)朝向過渡金屬襯底兩側(cè)邊緣；將真空管放入管式爐中，啟動(dòng)真空泵使真空管內(nèi)腔處在真空狀態(tài)；管式爐升溫至500～700℃，自進(jìn)氣管通入O2/Ar混合氣體，O2占混合氣體體積的5～15％，繼續(xù)升溫至刻蝕溫度，刻蝕溫度在900～980℃范圍內(nèi)確定，保持10～30分鐘。
文檔編號(hào)C23C16/40GK101956181SQ20101021322
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者吳韜, 方芳, 方鉉, 李金華, 王曉華, 王菲, 趙東旭, 魏志鵬 申請(qǐng)人:長春理工大學(xué)