硼纳米线的制备方法技术

本发明专利技术提供一种制备硼纳米线的方法，该方法将以硼粉、氧化硼和碳粉一起作为源材料，Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］、Ａｕ或Ｆｅ纳米粒子作为催化剂，利用化学气相沉积ＣＶＤ法合成硼纳米线，包括（ａ）将催化剂沉积在衬底上；（ｂ）在保护气体的气氛下，在９００－１２００℃的温度将源材料和沉积了催化剂的衬底一起加热，通过化学气相沉积形成硼纳米线。

Method for preparing boron nanowire

The invention provides a preparation method of boron nanowires, the method with boron powder, boron oxide and carbon powder as source material, Fe: 3 O: 4, Au or Fe nanoparticles as catalyst, synthesis of boron CVD nanowires by chemical vapor deposition (a), including the the catalyst is deposited on the substrate; (b) in a protective gas atmosphere, in 900 - 1200 DEG C to the source material and the deposition of the catalyst substrate heating, formed by chemical vapor deposition of boron nanowires.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制备硼纳米线的方法，特别是涉及采用化学气相沉积法 制备硼纳米线的方法。
技术介绍
自1992年饭岛首次发现碳纳米管之后(S. Jijima, Nature, 354(1991)， 56)，金属、半导体、氧化物以及复合物纳米一维材料的制备及应用引起 了人们极大的兴趣，尤其是它们在电子、信息、生物医学、国防、能源 等领域的潜在应用。硼是IIIA族中唯一的一个半导体元素。由于硼具有独特的三芯电子 缺位键的电子结构和特有的二十面体结构，可以形成以二十面体为结构 单元的硼一维纳米材料(纳米管、纳米线、纳米带和纳米锥等)。而且单 质硼是一个密度低、熔点高，难挥发的固体，其硬度仅次与金刚石，是 少数几个可用于核反应、飞船增强材料和保护层、高温半导体等领域的 元素。同时，实验结果也证实当硼形成一维纳米结构后，而由于尺寸效 应的影响，其电导率比块体硼材料高2-3个数量级，属于半导体。所以， 硼一维纳米结构材料所具有的均匀的物性--半导体特性以及很好的物理与 化学稳定性，因此，硼一维纳米结构材料在场发射、储氢、储锂以及在 高温轻材料、高温半导体器件和微波器件中具有潜在的应用价值。硼纳米线的制备与碳纳米管比较，是非常困难，目前只有很少的文 献报道制备硼纳米线的方法。在制备硼纳米线方面，主要有以氧化硼和 硼为靶材，采用射频磁控溅射方法制备硼纳米线阵列(Liming Cao eto/， Adv. Mater. 13 (2001) 1701; Adv. Mater.， 14 (2002) 1294 )，采用这种方法 制备硼纳米线阵列的方法，制备费用高，设备复杂，条件要求高且难控。 此后，以硼和碘为前驱体，通过化学气相沉积的方法合成无定型的50-100nm硼线(Peidong Yang, Adv. Mater. 13 (2001) 1487); Lee等利用高温 激光熔融Boron靶，在Ar和H2气氛下，制备出无序的30~60 nm非晶硼 线(S. T. Lee, Chem. Phys. Lett. 370 (2003) 825);而Zhang等以B/NiCo 为靶利用激光熔融制备出直径为lOOnm的晶态硼线(Yingjiu Zhang, Adv. Mater. (2002) 2806);还有以硼垸为原料，在Ar和&的混合气体，采用 化学气相沉积的方法制备出晶态的40nm的硼线(Carolyn Jones Otten， J. Am. Chem. Soc. 124 (2002) 4564); Yang等人利用AAO作为模板，利用 化学气相沉积方法，高温分解B2He，Ar和&的混合气体制备出晶化的40 nm硼线(Q. Yang， Chem. Phys. Lett. 379 (2003) 87)。上述所列制备方法，或以硼或硼化物为靶材，使用物理方法进行制 备，或以毒性大、价格较贵的硼垸气体为源材料进行高温分解法制备硼 一维纳米材料，得到的产物以无定形的硼线居多，产量不大，结晶度差， 形貌和结构可控性差，并且生产成本相对昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用简单的化学气相沉积方法制备大面 积、高质量的单晶硼纳米线的方法。在本专利技术的制备硼纳米线的方法中，将硼粉、氧化硼和碳粉一起作为 源材料，其中碳粉是作为还原剂，并且以Fe304、 Au或Fe纳米粒子作为 催化剂，该方法包括以下步骤(a) 将表面活性剂包覆的？&04和Au颗粒作为催化剂沉积在Si衬底 上；或者用磁控溅射方法得到的铁颗粒覆盖的Si片、W片作为基底。(b) 在保护气体的气氛下，在900-1200°C的温度将源材料和沉积了 催化剂的衬底一起加热，通过化学气相沉积形成硼纳米线。本专利技术的制备硼纳米线的方法中的Fe304、 Au或Fe纳米粒子包括有 机分子包覆的、可溶于非极性溶剂的纳米粒子和可溶于水溶液的Fe3Ojfi 米粒子。这些催化剂以颗粒或薄膜形式沉积在衬底上。本专利技术的制备硼纳米线的方法中的衬底为硅片。本专利技术的制备硼纳米线的方法中的保护气体是惰性气体高纯氩气、或 氮气、或氮气/氢气、或氩气/氢气。本专利技术方法中使用的源材料中的硼化物为B203，并且硼粉、氧化硼 与碳粉的质量比例为4: 2: 1、 4: 1: 1、 4: 0: 1、 2: 2: 1、 2: 1: 1、 2: 0: 1、 1: 2: 1、 1: h 1、 1: 0: 1、 0: 4: 1、 0: 2: 1禾卩0: 1: 1。本专利技术的制备硼纳米线的方法中，化学气相沉积CVD中的升温速度 为5 — 100。C/min，载气流量为20 —500 sccm，反应时间为10min—24 h。 本专利技术还提供用上述方法制备的大面积硼单晶纳米线阵列。 本专利技术的制备硼纳米线的方法通过调整反应条件，可以使用不同催 化剂在各种衬底上实现大面积、高纯度、单晶硼纳米线的可控制备。附图说明图1是大面积单分散的Fe;C^纳米粒子的TEM图；图2是硼纳米线的SEM图，其中(A)是大面积的一维B纳米线的SEM 图像，(B)是局部放大的硼纳米线的SEM图；(C)是30 40nm硼纳米线的 HRSEM图，(D)是从Fe3(^的粒子中析出生长出来的硼纳米线；图3是硼纳米线的TEM图和SAED图，其中(A)是典型的一维B纳 米线的TEM图像，(B)是硼纳米线的选区电子衍射(SAED)图；图4是不同生长比例的硼纳米线SEM像和对应的EDX(能量散射X 射线谱)图(A,B)B:B203:C=4:2: 1条件下生长的B纳米线，(C, D) B: B203: C=2 : 1: 1条件下生长的B纳米线的低倍和高倍下的SEM图像，(E, F)B: C之间的质量比为1 : 1条件下生长的B纳米线的SEM图像；图5是反应时间4h (B: B203: C= 2 : 1: l)制备出的硼纳米线的SEM像 和EDX谱；图6是调整Ar气流量所制备(B: B203: C= 2 : 1: l)硼纳米线的SEM 像和EDX谱；图7是Au纳米粒子作为催化剂时制备的硼纳米线的SEM像； 图8是Fe纳米粒子作为催化剂时制备的硼纳米线的SEM像。具体实施方式以下结合具体实施例根据详细地说明本专利技术，但是这些实施例不以 任何方式限制本专利技术的范围。实施例一、单分散磁性纳米粒子Fe3(^的制备采用孙守恒等的高温液相还原法合成Fe304纳米粒子(Sim, S.H.等， / ^m. C/2em. 5bc. 2004， /2(5， 273)，但对反应条件进行了改进以得到8-14纳米 Fe;C^颗粒。具体制备方法如下将0.5mmo1乙酰丙酮铁、20ml苯醚、2.5mmo1 1,2-十二垸二醇、 0.75mmo1油酸和0.75mmo1油胺依次加入到三颈瓶中。以5°C/min的加热 速度将混合溶液加热到200°C，反应半小时，然后继续加热使温度升高到 270°C，在此温度下反应一个小时，移去加热源，使反应溶液自然冷却到 室温。然后加入40ml无水乙醇搅十分钟，静置3-4个小时，于7000rpm 下离心，将所得样品在分散到乙醇中，微超声并再次离心，最后得到的 黑色产物分散到庚烷中保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备硼纳米线的方法，该方法将硼粉、氧化硼和碳粉一起作为源材料，以Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］、Ａｕ或Ｆｅ纳米粒子作为催化剂，包括以下步骤：　（ａ）将催化剂沉积在衬底上；　（ｂ）在保护气体的气氛下，在高温下将源材料和沉积了催化剂的衬 底一起加热，通过化学气相沉积形成硼纳米线。

【技术特征摘要】
1. 一种制备硼纳米线的方法，该方法将硼粉、氧化硼和碳粉一起作为源材料，以Fe3O4、Au或Fe纳米粒子作为催化剂，包括以下步骤(a)将催化剂沉积在衬底上；(b)在保护气体的气氛下，在高温下将源材料和沉积了催化剂的衬底一起加热，通过化学气相沉积形成硼纳米线。2. 根据权利要求1所述的方法，其中Fe304、 Au或Fe纳米粒子包 括有机分子包覆的、可溶于非极性溶剂的纳米粒子和水溶性分子包覆的、 可溶于水溶液的纳米粒子。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述的衬底为硅片。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述的催化剂以薄膜或颗粒形 式沉积在衬底上。5. 根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鸿钧，刘飞，申承民，鲍丽宏，惠超，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]