纳米管的制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米管的制备方法，包括：制备二氧化硅纳米线；以二氧化硅纳米线作为牺牲模板在其表面生长MoS2，形成MoS2包裹二氧化硅纳米线的核壳结构纳米线；去除二氧化硅纳米线，形成中空的MoS2纳米管。本发明专利技术以二氧化硅纳米线作为牺牲模板来制备高结晶性且少层数的MoS2纳米管。二氧化硅在高温下化学性质稳定，在生长MoS2的工艺过程中二氧化硅纳米线自身不会发生化学反应；以二氧化硅纳米线作为模板生长MoS2可以得到MoS2包裹二氧化硅纳米线的核壳结构纳米线，而二氧化硅纳米线又易被溶液（例如HF溶液）除去，且不产生固体杂质。且不产生固体杂质。且不产生固体杂质。

【技术实现步骤摘要】
纳米管的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料领域，具体涉及一种纳米管的制备方法。

技术介绍

[0002]纳米管(nanotube, NT)是一类新颖的一维纳米材料，它对于研究材料随尺寸减小和维度降低所表现出的新现象和性能有重要意义。纳米管材料还表现出一些不同于块体材料的表面/界面特性，因此得到了广泛的关注和研究。以二硫化钼(MoS2)代表的过渡金属二硫化物纳米材料，由于独特的二维结构和电学性能成为了近年来材料科学领域研究的热点。然而相较于已经被大量研究报道的平面二维片层结构MoS2，对于一维管状结构MoS2的研究还远远不够，目前尚未有研究系统性地对比平面结构与管状结构在性能上的异同之处，造成这一问题的原因之一是高结晶性少层数MoS2纳米管的可控合成还存在较大困难。
[0003]目前，对于二硫化钼纳米管的合成主要有两种途径，一种是以多孔的阳极氧化铝(anodic aluminum oxide, AAO)作为模板，在其孔洞内部通过液相前驱物的热分解得到MoS2纳米管；另一种是在液相环境中通过控制水热反应的条件直接生长得到MoS
2 纳米管。AAO模板制备法和水热反应制备法，这两种方法制备的MoS
2 纳米管结晶性都较差，分子层数都相对较多。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种纳米管的制备方法，获得高结晶性且少分子层数的MoS
2 纳米管。
[0005]本专利技术提供一种纳米管的制备方法，包括：制备二氧化硅纳米线；以所述二氧化硅纳米线作为牺牲模板在其表面生长MoS2，形成所述MoS2包裹所述二氧化硅纳米线的核壳结构纳米线；去除所述二氧化硅纳米线，形成中空的MoS2纳米管。
[0006]进一步的，制备所述二氧化硅纳米线的方法包括：分别配置硅源溶液和聚乙烯吡咯烷酮溶液，充分混合形成前驱物溶液；采用静电纺丝法结合退火处理制备所述二氧化硅纳米线。
[0007]进一步的，所述硅源包括：正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯以及正硅酸丁酯中的至少一种。
[0008]进一步的，所述硅源溶液的质量分数范围为：5wt%~15wt%，所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量分数范围为：5 wt%~10 wt%。
[0009]进一步的，采用静电纺丝法结合退火处理制备所述二氧化硅纳米线，包括：将所述前驱物溶液作为纺丝液注入静电纺丝设备的注射器中，所述注射器针头连接电源正极，锡箔纸作为负极；正负极间的距离为10～15cm，纺丝电压为10 kV～20kV，注射泵推进速度为200μL/min～400μL/min。
[0010]进一步的，去除所述二氧化硅纳米线的方法包括：采用HF溶液去除所述二氧化硅纳米线，所述HF溶液浓度范围为：3％~10％。
[0011]进一步的，生长所述MoS2具体包括：采用化学气相沉积工艺，前驱物包括： MoO3和固体硫粉，或者MoO3和H2S气体；反应温度为600℃~900℃，反应时间为2 min~20 min。
[0012]进一步的，制备所述二氧化硅纳米线的方法包括：将四氯化硅分散在乙酸乙酯溶液中，搅拌均匀；将氢氧化钠水溶液加热，并把产生的蒸汽导入到所述四氯化硅的有机溶液中，恒温搅拌反应，得到白色悬浮液，离心去除上层清液，把沉淀物置于马弗炉中反应，煅烧后自然冷却，研磨，得到所述二氧化硅纳米线。
[0013]进一步的，所述MoS2纳米管的分子层数≤4层。
[0014]进一步的，所述二氧化硅纳米线的直径在50nm~600nm。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供一种纳米管的制备方法，包括：制备二氧化硅纳米线；以所述二氧化硅纳米线作为牺牲模板在其表面生长MoS2，形成所述MoS2包裹所述二氧化硅纳米线的核壳结构纳米线；去除所述二氧化硅纳米线，形成中空的MoS2纳米管。本专利技术以二氧化硅纳米线作为牺牲模板来制备高结晶性少层数的MoS2纳米管。二氧化硅在高温下化学性质稳定，在生长MoS2的工艺（例如CVD）过程中二氧化硅纳米线自身不会发生化学反应；以二氧化硅纳米线作为模板生长MoS2可以得到MoS2包裹二氧化硅纳米线的核壳结构纳米线，而二氧化硅纳米线又易被溶液（例如HF溶液）除去，且不产生固体杂质。MoS2不与HF发生反应，可以确保MoS2纳米管不受污染。MoS2纳米管的层数为影响纳米管性能的关键指标，而MoS2纳米管的层数可以通过CVD反应的时间进行调整和控制。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例的纳米管的制备方法流程示意图。
[0017]图2为本专利技术实施例的MoS
2 纳米管的扫描电镜图。
[0018]图3为本专利技术实施例的单根MoS
2 纳米管的透射电镜图。
[0019]图4为图3中b1位置的高分辨率透射电镜图。
[0020]图5为图3中b2位置的高分辨率透射电镜图。
[0021]图6为本专利技术实施例的缩短CVD反应时间后得到的单根MoS
2 纳米管的透射电镜图。
[0022]图7为图6中a1位置的高分辨率透射电镜图。
[0023]图8为图6中a2位置的高分辨率透射电镜图。
具体实施方式
[0024]如
技术介绍
所述，AAO模板制备法和水热反应制备法，这两种方法制备的MoS
2 纳米管结晶性都较差，分子层数都相对较多。
[0025]研究发现，AAO模板制备法和水热反应制备法，这两种方法存在一个共同的劣势：即最终产物MoS2纳米管是由液相反应在相对较低的温度(小于450℃)下得到的，因此产物普遍存在结晶性较差和结构完整性不高的特点。高结晶性的MoS2通常需要经过600℃~900
℃的化学气相沉积反应得到。但是由于AAO模板无法耐受450℃以上的高温，水热反应的温度条件更是在200℃以下，因此这两种合成方法均难以得到高结晶性的MoS
2 纳米管。
[0026]作为一种具有特殊性质的低维纳米材料，分子层数小于5层的少层数纳米管才具有更高的科研价值。而上述两种合成方法由于前驱物是液相，最终产物的形貌严重受制于液体在AAO模板孔内或水热反应容器内的热力学及动力学状态，难以控制最终产物的层数，因此合成的MoS
2 纳米管大多分子层数远大于5层，导致材料性质接近块体，难以作为前沿领域的研究对象。
[0027]基于上述研究，本专利技术实施例提供了一种纳米管的制备方法，具体提供一种高结晶性且少分子层数的MoS
2 纳米管的制备方法。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0028]为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在
…
上方”、“在
…
之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个（或另一些）元件或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米管的制备方法，其特征在于，包括：制备二氧化硅纳米线；以所述二氧化硅纳米线作为牺牲模板在其表面生长MoS2，形成所述MoS2包裹所述二氧化硅纳米线的核壳结构纳米线；去除所述二氧化硅纳米线，形成中空的MoS2纳米管。2.如权利要求1所述的纳米管的制备方法，其特征在于，制备所述二氧化硅纳米线的方法包括：分别配置硅源溶液和聚乙烯吡咯烷酮溶液，充分混合形成前驱物溶液；采用静电纺丝法结合退火处理制备所述二氧化硅纳米线。3.如权利要求2所述的纳米管的制备方法，其特征在于，所述硅源包括：正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯以及正硅酸丁酯中的至少一种。4.如权利要求2所述的纳米管的制备方法，其特征在于，所述硅源溶液的质量分数范围为：5wt%~15wt%，所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量分数范围为：5 wt%~10 wt%。5.如权利要求2所述的纳米管的制备方法，其特征在于，采用静电纺丝法结合退火处理制备所述二氧化硅纳米线，包括：将所述前驱物溶液作为纺丝液注入静电纺丝设备的注射器中，所述注射器针头连接电源正极，锡箔纸作为负极；正负极间的距离为10～15cm，纺丝电压为10 kV～20kV...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓峰，陈献龙，庄琼阳，
申请(专利权)人：广州粤芯半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：