專利名稱：一種氧化鐵單晶納米線的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氧化鐵(Fe2O3)單晶納米線的制備方法，具體說，涉及一種用加熱的方法，在大氣壓強和600～1100℃的條件下，在鐵鎳合金襯底上制備大面積的Fe2O3單晶納米線的方法，屬于光電子和半導體材料制備方法的技術領域。
背景技術：
Fe2O3作為一種在大氣環(huán)境下最穩(wěn)定的氧化物半導體材料在科技上具有非常重要的作用。它具有禁帶寬度小、抗腐蝕性好和容易獲得等優(yōu)點，可用來作為光催化劑和太陽能轉換材料。Fe2O3還是一種傳統(tǒng)的傳感器材料，可用來檢測可燃氣體。Fe2O3作為一種多相催化劑，在乙苯脫氫制苯乙烯中起著重要的作用。另外，F(xiàn)e2O3體材料是一種反磁性材料，在過去的幾年中，這種反常的磁性現(xiàn)象已經(jīng)被大量的研究。由于Fe2O3廣泛的應用前景和納米級材料所具有的新穎的特性，所以合成納米尺寸的Fe2O3是一個相當重要的課題。雖然許多種氧化物，比如ZnO，SnO2，SiO2，MgO和In2O3等的各種納米線已經(jīng)被大量合成，但是關于Fe2O3納米線的研究卻依然很少，大多數(shù)報道主要集中在其納米顆粒和超薄薄膜的研究上。近來，F(xiàn)u等用CO2，SO2，NO2，和H2O的混合氣體在高溫下和鐵襯底反應，在其上面合成了大量的定向的納米線，但是其復雜的氣體配比和比較長的反應時間，限制了其實際的應用和推廣。最近Wen等只用O2和鐵箔反應，就能生長出大量的納米線，但是其反應所需時間還是很長，需要十幾個小時，所以推出簡易的、反應時間短的生長Fe2O3單晶納米線的方法，是如今納米材料研究方面所面臨的一個迫切需要解決的問題，也是當前許多研究者的研究目標。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種氧化鐵單晶納米線的制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術方案。以鐵鎳合金片作為反應物和襯底，以惰性氣體Ar作為保護氣體，在大氣壓強和600～1100℃的條件下，加熱鐵鎳合金片，在其上生長氧化鐵單晶納米線，所述的納米線的長度和直徑分別為5～30μm和100nm～1μm。
現(xiàn)詳細說明本發(fā)明的技術方案。
一種氧化鐵單晶納米線的制備方法，其特征在于，以鐵鎳合金片作為反應物和襯底，具體工藝步驟第一步清洗鐵鎳合金片用傳統(tǒng)的超聲清洗方法清洗鐵鎳合金片；第二步加熱管式生長爐將水平放置的管式生長爐加熱到600～1100℃，待用；第三步放置鐵鎳合金片將經(jīng)第一步處理的鐵鎳合金片放入石英舟；第四步放置石英舟把石英舟放到經(jīng)第二步加熱的管式生長爐的中部；第五步通入載氣將載氣，惰性氣體Ar通入管式生長爐，載氣的流量為0.5L/min～3L/min，在大氣壓強和600～1100℃的條件下加熱反應30～120min；第六步制得產(chǎn)品取出石英舟，生長在鐵鎳合金片上的鐵紅色物質就是產(chǎn)品，氧化鐵單晶納米線，所述的納米線的長度和直徑分別為5～30μm和100nm～1μm。
與已有技術相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(1)所用的反應物及襯底不同已有技術一般用鐵片或鐵箔來作為反應物和襯底，本發(fā)明用鐵鎳合金用作為反應物和襯底。
(2)反應時間短已有技術一般需要十多個小時的反應時間，本發(fā)明最短只需要30min的反應時間。在反應期間，氧化鐵單晶納米線生長在襯底上。
(3)對載氣的要求不高，只需要惰性氣體Ar就可以，不需要通入O2或其他氣體。
(4)方法簡單，成本低，重復性好，而且能在鐵鎳合金片上大量生長氧化鐵單晶納米線。


圖1是鐵鎳合金片的EDAX圖。
圖2是氧化鐵單晶納米線的Raman散射光譜圖。
圖3a是氧化鐵單晶納米線的低放大倍數(shù)的SEM照片。
圖3b是氧化鐵單晶納米線的高放大倍數(shù)的SEM照片。
具體實施例方式
現(xiàn)結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的技術方案。所有實施例均按上述的氧化鐵單晶納米線的制備方法的具體工藝步驟進行操作，每個實施例僅羅列關鍵的技術數(shù)據(jù)。
實施例1第二步中，將水平放置的管式生長爐加熱到600℃。第五步中，載氣的流量為0.5L/min，在大氣壓強和600℃的條件下進行加熱反應30min。第六步中，所述的納米線的長度和直徑分別為5μm和100nm。
本實施例所采用的鐵鎳合金片的EDAX圖示于圖1。本實施例制得的氧化鐵單晶納米線的Raman散射光譜圖和SEM照片分別示于圖2和圖3a、圖3b。
管式生長爐內雖通入載氣，惰性氣體Ar，但少量空氣仍能進入管式生長爐。在管式生長爐內通入載氣、大氣壓強和600℃的條件下，鐵鎳合金片表面的鐵原子與空氣中的氧氣接觸反應，生成氧化鐵單晶。開始時該氧化鐵單晶為一個尖端，鐵鎳合金片中的鐵原子擴散到尖端的下方，后續(xù)生成的氧化鐵單晶將尖端推離鐵鎳合金片的表面，使尖端懸于空中，形成直徑為100nm的氧化鐵單晶納米線。隨著加熱反應時間的流逝，氧化鐵單晶納米線的長度逐漸增加。當加熱反應時間達到30min時，氧化鐵單晶納米線的長度可增加到5μm。
實施例2第二步中，將水平放置的管式生長爐加熱到900℃。第五步中，載氣的流量為1.8L/min，在大氣壓強和900℃的條件下進行熱蒸發(fā)反應80min。第六步中，所述的納米線的長度和直徑分別為18μm和500nm。
實施例3第二步中，將水平放置的管式生長爐加熱到1100℃。第五步中，載氣的流量為3L/min，在大氣壓強和1100℃的條件下進行熱蒸發(fā)反應120min。第六步中，所述的納米線的長度和直徑分別為30μm和1μm。
本發(fā)明的方法制備的氧化鐵單晶納米線特別適于作光催化劑或作制造傳感器和光電換能器等的材料。
權利要求
1.一種氧化鐵單晶納米線的制備方法，其特征在于，以鐵鎳合金片作為反應物和襯底，具體工藝步驟第一步清洗鐵鎳合金片用傳統(tǒng)的超聲清洗方法清洗鐵鎳合金片；第二步加熱管式生長爐將水平放置的管式生長爐加熱到600～1100℃，待用；第三步放置鐵鎳合金片將經(jīng)第一步處理的鐵鎳合金片放入石英舟；第四步放置石英舟把石英舟放到經(jīng)第二步加熱的管式生長爐的中部；第五步通入載氣將載氣，惰性氣體Ar通入管式生長爐，載氣的流量為0.5L/min～3L/min，在大氣壓強和600～1100℃的條件下加熱反應30～120min；第六步制得產(chǎn)品取出石英舟，生長在鐵鎳合金片上的鐵紅色物質就是產(chǎn)品，氧化鐵單晶納米線，所述的納米線的長度和直徑分別為5～30μm和100nm～1μm。
全文摘要
一種氧化鐵(Fe
文檔編號C30B29/00GK1995488SQ20061011955
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權日2006年12月13日
發(fā)明者徐豐, 郁可, 朱自強, 王青艷, 石美榮 申請人:華東師范大學