一种CrO2纳米晶阵列结构的水热制备方法技术

本发明专利技术的一种CrO2纳米晶阵列结构的水热制备方法，属于水热合成纳米材料的技术领域。技术方案是：先用阳极氧化法在Ti片表面制备出TiO2纳米管阵列，然后超声得到Ti/TiO2纳米凹坑阵列基底；配置CrO3质量分数为0.44％～2.2％的水溶液放入反应釜中，将基底置入溶液里，通入高压纯氧，密封反应釜；以一定的升温速度使釜内溶液温度升至400℃，并保温60min；待自然冷却，即在基底上生长出CrO2纳米晶阵列纳米结构。本发明专利技术具有工艺简单，操作容易，能较容易的进行工业化生产的特点，用这种方法制备的CrO2纳米晶阵列纯度较高，能应用于磁存储领域。

A kind of CrO

A CrO of the present invention

【技术实现步骤摘要】
一种CrO2纳米晶阵列结构的水热制备方法
本专利技术属于水热合成纳米材料的
涉及在具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底上生长CrO2纳米晶阵列结构的高温高压水热制备方法。
技术介绍
随着近几年的发展，自旋电子学材料已经成为凝聚态物理和材料物理的关注焦点之一，成为许多科学家的研究热点。在基础研究方面，铁磁性半金属材料是自旋电子学材料中最基本之一，而CrO2作为半金属材料中的代表，因为其拥有较高的居里温度(高达396K)，适于用在室温条件下研究并应用到商业领域，因而成为极具开发潜力的、理想的自旋电子学材料之一。CrO2是一种重要的半金属磁体，随着自旋电子学领域和高密度磁记录研究领域的深入发展，CrO2因为其优良的磁性和半金属性，已经成为一个研究热点。实验证实CrO2在费米面附近具有接近100％的自旋极化率[参见Y.JiandA.Gupta,Phys.Rev.Lett.86,5585(2001)]。此外，磁性纳米材料的研究也引起了大家的研究兴趣。一方面原因是超高密度磁记录要求记录材料的单元尺寸降低到纳米数量级，另一方面纳米结构的磁学性能的有趣变化也吸引了很多科学家的进一步研究。因此，纳米尺寸的半金属磁体的性能研究是非常有前景的。CrO2在常温常压下具有亚稳态性质，因此使其在常温常压下的纳米结构的制备成为一项艰巨的任务。之前为了制备某些形状的CrO2纳米结构，采用了工艺复杂的光刻及刻蚀方法，例如湿法刻蚀法、反应离子刻蚀法、聚焦离子束刻蚀法等等。在这些方法中，首先通过在基底上沉积获得CrO2薄膜，然后再对CrO2薄膜进行刻蚀，制成小的纳米结构，在这些刻蚀过程中不可避免的降低了CrO2的纯度。另一种制备CrO2单元的方法是选择性区域性生长技术[参见A.Gupta,X.W.Li,S.Guha,andG.Xiao,Appl.Phys.Lett.75,2996(1999)]。用这种方法虽然得到了纯度较好的CrO2纳米结构，但是由于这种方法的工艺较为复杂以及它的区域生长的局限性，使得得到样品的效率低且成本高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题提供一种新的制备CrO2纳米结构的方法，利用高温高压水热合成技术直接、简单、有效率的在具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底上制备CrO2纳米晶阵列结构。所述的Ti/TiO2基底，是在Ti片上形成一层TiO2的结构，即一层Ti一层TiO2的双层结构。为解决上述的技术问题，本专利技术采取以下技术方案：一种CrO2纳米晶阵列结构的水热制备方法，有如下步骤：步骤一、利用阳极氧化法在Ti片表面制备TiO2纳米管阵列，将表面生长了TiO2纳米管阵列的Ti片放在去离子水中，超声10～60min，移除表面的TiO2纳米管，得到具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底；步骤二、以CrO3为原料配置水溶液，质量分数为0.44％～2.2％之间；将CrO3水溶液放入反应釜中，CrO3溶液占釜腔体积的40％～80％，将具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底放置在溶液里；然后通入高压纯氧，至釜内氧气压强为5～15MPa，密封反应釜；步骤三、加热反应釜使釜内溶液温度升至400℃，在400℃保温1小时；步骤四、反应釜自然冷却，取出基底，用去离子水清洗，自然晾干，即在具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底上长出CrO2纳米晶阵列。步骤一中的阳极氧化法在Ti片表面制备TiO2纳米管阵列可以参考中国专利申请CN101187043A。也可以按下述过程制备。首先分别用去离子水、无水乙醇、丙酮清洗Ti片，然后配置NH4F和去离子水质量分数分别为1.0％和4.5％的乙二醇溶液作为电解液，分别用石墨和Ti片作为阴极和阳极，在30℃水浴下，直流稳压电源电压控制在30V，电化学反应时间为1h，即得到表面长有TiO2纳米管阵列的Ti片。在步骤一中，所述的将表面生长了TiO2纳米管阵列的Ti片放在去离子水中，是在Ti片表面制备TiO2纳米管阵列完成之后0～60min内放在去离子水中超声。在步骤二中，所述的CrO3溶液，CrO3为分析纯物质，溶液中CrO3的质量分数为0.44％～2.2％之间。在步骤二中，通入高压纯氧是重要的，实验证明，没有氧气通入在Ti/TiO2基底上是制备不出CrO2纳米晶阵列的。所述的加热反应釜，优选以3℃/min的升温速率使釜内溶液温度升至400℃。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有如下积极效果：一、在制备过程中不需要昂贵的原料和设备，成本低；二、本专利技术在高温高压水热下直接合成，无需进行刻蚀等再次处理，从而避免了降低CrO2纯度的过程；用这种方法制备的CrO2纳米晶阵列纯度较高，能应用于磁存储等领域；三制备过程工艺简单，易操作，即可用于实验操作，又利于产业化推广。附图说明图1为本专利技术中Ti/TiO2基底表面纳米凹坑阵列的扫描电镜图。图2为实施例1制得的在Ti/TiO2基底上生长的CrO2纳米晶阵列的扫描电镜图。图3为实施例2制得的在Ti/TiO2基底上生长的CrO2纳米晶阵列的扫描电镜图。图4为本专利技术实施例3制得的在Ti/TiO2基底上生长的CrO2纳米晶阵列的扫描电镜图。图5为实施例3制得的在Ti/TiO2基底上生长的CrO2纳米晶阵列的磁滞回线图。图6为实施反例1制得的在Ti/TiO2基底上生长的CrO2的晶粒的扫描电镜图。具体实施方式以下结合附图通过优选实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不限制本专利技术请求保护的范围。实施例1：第一步：模板准备，取3×4cm的Ti片分别用去离子水、无水乙醇、丙酮清洗Ti片，清洗干净后，利用阳极氧化法在Ti片表面制备TiO2纳米管阵列。具体的过程是，首先分别用去离子水、无水乙醇、丙酮清洗Ti片，然后配置NH4F和去离子水质量分数分别为1.0％和4.5％的乙二醇溶液作为电解液，分别用石墨和Ti片作为阴极和阳极，在30℃水浴下，直流稳压电源电压控制在30V，电化学反应时间为1h，即在Ti片表面得到TiO2纳米管阵列。然后立即放在去离子水中超声30min，这里所说的“立即”可以是60分钟之内；之后移除表面的TiO2纳米管，得到的是TiO2纳米凹坑阵列，制得具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底(参见图1)。第二步：配置CrO3质量分数为0.44％的水溶液，溶解搅拌均匀后，取45ml置入高温高压水热釜(反应釜的容积为100ml)中，将具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底浸入溶液里；将反应釜通入高压纯氧，密封反应釜。釜内氧气压强为15MPa。第三步：将反应釜放入电炉内，用电炉加热，以3℃/min的速度升温，使釜内溶液温度升至400℃，并在400℃保温60min。第四步：实验结束后，关闭电炉，待反应釜自然冷却至室温，慢慢排气，取出基底，用去离子水清洗，自然晾干。即得到在具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底上生长的CrO2纳米晶阵列。其扫描电镜图如图2所示，CrO2纳米晶粒尺寸约48nm，晶粒间隙距离约40nm。实施例2：第一步：与实施例1中的第一步相同。第二步：配置CrO3质量分数为1.10％的水溶液，溶解搅拌均匀后，取45ml置入高温高压水热釜中，将具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底浸入溶液里；将反应釜通入高压纯氧，密封反应釜，釜内氧气压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CrO

【技术特征摘要】
1.一种CrO2纳米晶阵列结构的水热制备方法，有如下步骤：步骤一、利用阳极氧化法在Ti片表面制备TiO2纳米管阵列，将表面生长了TiO2纳米管阵列的Ti片放在去离子水中，超声10～60min，移除表面的TiO2纳米管，得到具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底；步骤二、以CrO3为原料配置水溶液，质量分数为0.44％～2.2％之间；将CrO3水溶液放入反应釜中，CrO3溶液占釜腔体积的40％～80％，将具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底放置在溶液里；然后通入高压纯氧，至釜内氧气压强为5～15MPa，密封反应釜；步骤三、加热反应釜使釜内溶液温度升至400℃，在400℃保温1小时；步骤四、反应釜自然冷却，取出基底，用去离子水清洗，自然晾干，即在具有纳米凹坑阵列表面的Ti/TiO2基底上长出CrO2纳米晶阵列。2.根据权利要求1所述的一种CrO2纳米晶阵列结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：温戈辉，王晓玲，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22