纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统及制备方法技术方案

本发明专利技术公开了纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统及制备方法，包括依次连通的纳米材料制备装置、尺寸控制装置和收集装置，纳米材料制备装置由电源、电极、烧蚀反应容器和惰性气源组成，尺寸控制装置为用于对纳米导体或半导体材料进行热处理的管式炉，收集装置包括收集箱；烧蚀反应容器内设有两个用于安装固定电极的电极固定座，两个电极固定座相对地设置在烧蚀反应容器的内壁，两个电极固定座分别与电源的两极电连接。通过调节尺寸控制装置中管式炉内的温度、管式炉的长度、纳米导体或半导体材料随惰性气体通过管式炉的速度，从而改变纳米导体或半导体材料在管式炉内的热处理温度和热处理时间，从而控制纳米导体或半导体材料的最终尺寸。

Preparation system and method of size controllable nano conductor or semiconductor material

【技术实现步骤摘要】
纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统及制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备
，特别是纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统及制备方法。
技术介绍
纳米导体或半导体材料由于其小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应等基本特征，表现出不同于宏观块体材料的物理化学性质，在电子、催化、润滑、抗菌、生物医学等领域有着巨大的应用前景。特别是关于不同尺寸的纳米导体或半导体材料制备一直在受到广泛的关注，因为不同尺寸的纳米导体或半导体材料在材料性能方面有显著的差异，对于器件的光、电、磁、催化有很大的影响。在不同场合需要匹配不同尺寸的纳米导体或半导体材料才能达到高性能和低成本的要求，如在光催化领域，二氧化钛的光催化活性在很大程度上取决于它的尺寸，制备出尺寸可控的二氧化钛是提高二氧化钛光催化性能的有效途径。目前关于纳米导体或半导体材料的尺寸可控制备有化学法和物理法两大类，其中化学法大部分都是通过液相反应来控制纳米导体或半导体材料的尺寸，但液相反应因为涉及到反应物的浓度、反应温度、反应时间等一系列因素，难以对整个反应过程进行可持续控制。物理法则是通过如溶胶-凝胶法中加入合适沉淀剂、微乳液法中控制体系PH值和水或表面活性剂的相对比例等方法制备出不同尺寸的纳米导体或半导体材料，但是在尺寸的控制上较难把握，难以准确地获取粒径较为统一的纳米颗粒。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术的目的在于提出可控制纳米导体或半导体材料尺寸大小的制备系统和制备方法。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统，包括依次连通的纳米材料制备装置、尺寸控制装置和收集装置，所述纳米材料制备装置由电源、电极、烧蚀反应容器和惰性气源组成，所述尺寸控制装置为用于对纳米导体或半导体材料进行热处理的管式炉，所述收集装置包括收集箱，所述惰性气源连通所述烧蚀反应容器，所述烧蚀反应容器连通所述管式炉，所述管式炉连通所述收集箱，所述收集箱的底部设有排气孔；所述烧蚀反应容器内设有两个用于安装固定所述电极的电极固定座，两个所述电极固定座相对地设置在所述烧蚀反应容器的内壁，两个所述电极固定座分别与所述电源的两极电连接；两端电极为所需制备纳米导体或半导体材料的组成成分的块体材料；所述收集箱的内部设有用于承接收集纳米导体或半导体材料的承接基底。进一步，所述管式炉选用单温区管式炉、双温区管式炉和多温区管式炉中的任一种。进一步，所述烧蚀反应容器设有进气管路和第一出气管路，所述烧蚀反应容器通过所述进气管路连通至所述惰性气源，所述烧蚀反应容器通过所述第一出气管路连通至所述管式炉，所述管式炉设有第二出气管路，所述管式炉通过所述第二出气管路连通至所述收集装置，所述进气管路、所述第一出气管路和所述第二出气管路均设有用于控制惰性气体流速快慢的单向阀门。进一步，所述烧蚀反应容器为密闭的长方体容器，两个所述电极固定座上下相对地分别设置在所述烧蚀反应容器的上下壁，所述进气管路和所述第一出气管路左右相对地分别设置在所述烧蚀反应容器的左右壁，两个所述电极固定座的安装轴线在同一竖直直线，所述进气管路、所述第一出气管路和所述第二出气管路的安装轴线均设置在同一水平直线，所述电极固定座的安装轴线与所述进气管路的安装轴线相交于所述烧蚀反应容器的中点。进一步，所述收集装置还包括竖直设置的沉积管路，所述沉积管路的上端与所述第二出气管路的末端连通，所述沉积管路的下端设置在所述承接基底的正上方。进一步，所述烧蚀反应容器设有用于安装所述电极固定座的第一螺纹孔，所述电极固定座包括固定圆台、调节螺杆和电极基座，所述固定圆台设有用于与所述第一螺纹孔配合的外螺纹，所述固定圆台于其中轴处设有用于与所述调节螺杆配合的第二螺纹孔，所述电极基座固定连接在所述调节螺杆的末端。进一步，所述电极基座的底端设有与所述电源电连接的导电片，所述电极基座的侧壁设有多个用于夹持所述电极的所述锁定螺杆。纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备方法，采用上述的纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统制备，包括以下制备步骤：S1：将两个电极分别安装固定在两个电极固定座，将两个电极调整在同一直线，两端电极的反应端面的间距为0.1～3mm；S2：打开惰性气源并调节惰性气体的流速，向烧蚀反应容器内平稳地通入惰性气体，持续3～5mins；S3：预热管式炉，使管式炉达到预设温度；S4：接通电源，两端电极发生高压火花烧蚀反应，产出纳米导体或半导体材料，同时，产出的纳米导体或半导体材料跟随惰性气流进入管式炉内进行热处理；S5：热处理后的纳米导体或半导体材料跟随惰性气流进入收集箱内并沉积在承接基底。进一步，管式炉的温度在20℃～1500℃，管式炉的内径为1～500mm，管式炉的管式炉长度为0.1～2m。进一步，惰性气源选用氮气、氩气和氦气中的任一种，惰性气体的流速为0.1～20L/min。本专利技术根据上述内容提出纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统及制备方法，由于本实施例中，两端所述电极发生高压火花烧蚀反应，产出纳米导体或半导体材料，通过惰性气流将纳米导体或半导体材料送入所述管式炉内进行热处理，最后进入到所述收集箱内并沉积在所述承接基底。利用纳米导体或半导体材料的低熔点特性，颗粒表面原子能够在较低温度下发生原子扩散，因此将纳米导体或半导体材料送入所述管式炉进行热处理，从而熔合在一起形成不同尺寸的纳米导体或半导体材料；通过调节尺寸控制装置中所述管式炉内的温度、所述管式炉的长度、纳米导体或半导体材料随惰性气体通过所述管式炉的速度，从而改变纳米导体或半导体材料在所述管式炉内的热处理温度和热处理时间，从而控制纳米导体或半导体材料的最终尺寸，达到纳米导体或半导体材料尺寸可控的目的，加工工艺更为快捷、简单和环保，降低了生产成本。可在生产的过程中进行热处理的调控，保证纳米导体或半导体材料尺寸可控的准确度，使纳米导体或半导体材料的粒径更为集中，单分散性好，加工过程稳定可控，适于工业化生产；通过惰性气流运载纳米导体或半导体材料，通过流动的惰性气体将所述纳米材料制备装置、所述尺寸控制装置和所述收集装置结合成连续的制备系统，减少纳米导体或半导体材料的转移，省去过滤干燥等步骤即可进入所述管式炉内进行热处理，操作方便；且纳米导体或半导体材料颗粒在惰性气流的影响下离开所述电极的反应端面，避免局部纳米导体或半导体材料长时间停留在反应区域内持续反应，利于制备粒径集中的纳米导体或半导体材料；且利用惰性气体作为烧蚀反应的环境，减少活性气体参与烧蚀反应而污染纳米导体或半导体材料，提高纳米导体或半导体材料的纯度。附图说明图1是本专利技术的纳米导体或半导体材料制备系统的结构示意图；图2是本专利技术的纳米导体或半导体材料制备系统中烧蚀反应容器的结构示意图；图3是本专利技术的纳米导体或半导体材料制备系统中固定圆台的机构示意图；图4是本专利技术的纳米导体或半导体材料制备系统中电极固定座的结构示意图。其中：1、电源；2、电极；3、烧蚀反应容器；4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统，其特征在于：包括依次连通的纳米材料制备装置、尺寸控制装置和收集装置，所述纳米材料制备装置由电源(1)、电极(2)、烧蚀反应容器(3)和惰性气源(4)组成，所述尺寸控制装置为用于对纳米导体或半导体材料进行热处理的管式炉(5)，所述收集装置包括收集箱(6)，所述惰性气源(4)连通所述烧蚀反应容器(3)，所述烧蚀反应容器(3)连通所述管式炉(5)，所述管式炉(5)连通所述收集箱(6)，所述收集箱(6)的底部设有排气孔(7)；所述烧蚀反应容器(3)内设有两个用于安装固定所述电极(2)的电极固定座(8)，两个所述电极固定座(8)相对地设置在所述烧蚀反应容器(3)的内壁，两个所述电极固定座(8)分别与所述电源(1)的两极电连接；两端电极(2)为所需制备纳米导体或半导体材料的组成成分的块体材料；所述收集箱(6)的内部设有用于承接收集纳米导体或半导体材料的承接基底(9)。/n

【技术特征摘要】
1.纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统，其特征在于：包括依次连通的纳米材料制备装置、尺寸控制装置和收集装置，所述纳米材料制备装置由电源(1)、电极(2)、烧蚀反应容器(3)和惰性气源(4)组成，所述尺寸控制装置为用于对纳米导体或半导体材料进行热处理的管式炉(5)，所述收集装置包括收集箱(6)，所述惰性气源(4)连通所述烧蚀反应容器(3)，所述烧蚀反应容器(3)连通所述管式炉(5)，所述管式炉(5)连通所述收集箱(6)，所述收集箱(6)的底部设有排气孔(7)；所述烧蚀反应容器(3)内设有两个用于安装固定所述电极(2)的电极固定座(8)，两个所述电极固定座(8)相对地设置在所述烧蚀反应容器(3)的内壁，两个所述电极固定座(8)分别与所述电源(1)的两极电连接；两端电极(2)为所需制备纳米导体或半导体材料的组成成分的块体材料；所述收集箱(6)的内部设有用于承接收集纳米导体或半导体材料的承接基底(9)。


2.根据权利要求1所述的纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统，其特征在于：所述管式炉(5)选用单温区管式炉、双温区管式炉和多温区管式炉中的任一种。


3.根据权利要求1所述的纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统，其特征在于：所述烧蚀反应容器(3)设有进气管路(10)和第一出气管路(11)，所述烧蚀反应容器(3)通过所述进气管路(10)连通至所述惰性气源(4)，所述烧蚀反应容器(3)通过所述第一出气管路(11)连通至所述管式炉(5)，所述管式炉(5)设有第二出气管路(12)，所述管式炉(5)通过所述第二出气管路(12)连通至所述收集装置，所述进气管路(10)、所述第一出气管路(11)和所述第二出气管路(12)均设有用于控制惰性气体流速快慢的单向阀门(13)。


4.根据权利要求3所述的纳米导体或半导体材料尺寸可控的制备系统，其特征在于：所述烧蚀反应容器(3)为密闭的长方体容器，两个所述电极固定座(8)上下相对地分别设置在所述烧蚀反应容器(3)的上下壁，所述进气管路(10)和所述第一出气管路(11)左右相对地分别设置在所述烧蚀反应容器(3)的左右壁，两个所述电极固定座(8)的安装轴线在同一竖直直线，所述进气管路(10)、所述第一出气管路(11)和所述第二出气管路(12)的安装轴线均设置在同一水平直线，所述电极固定座(8)的安装轴线与所述进气管路(10)的安装轴线相交于所述烧蚀反应容器(3)的中点。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昱，崔成强，曹萍，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44