專利名稱：周期性SnO₂“之字型”納米帶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)，具體涉及一種具有完美周期性的Sn02 "之字型" 納米帶結(jié)構(gòu)以及用熱蒸發(fā)的方法，利用CuO作為結(jié)構(gòu)催化劑，在一個標準大氣 壓強的條件下，在不銹鋼柵格襯底上得到大面積這種結(jié)構(gòu)的制備方法。屬于光 電子材料、半導體材料與器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Sn02是一種具有寬直接帶隙的n型半導體材料，也是最早具有商業(yè)價值的透 明導電材料。標準的單晶Sn02是四方相的金紅石結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)為a葉—.4737 nm， c=0. 3186nm。與ZnO相比，Sn02具有更寬的帶隙和更高的激子束縛能，室溫 下的帶隙和激子東縛能分別是3. 6eV和130meV。 Sn02具有高可見光透過率、高電 導率、高穩(wěn)定性、高硬度和極強的耐腐蝕性，已廣泛地應用于透明導電玻璃、 太陽能電池、平板顯示器、高溫電子器件和氣敏傳感器等領(lǐng)域。近年來Sn02由于 在藍光、紫外光發(fā)光二極管(LED)、激光器(LD)、紫外(UV)探測器和氧化物 透明電子學等領(lǐng)域具有重要的潛在應用前景，引起了人們的廣泛注意，成為當 前國際上重要的研究課題之一。幾年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，低維納米結(jié)構(gòu) 的Sn02由于具有優(yōu)異的光學、電學特性，在光電子器件、紫外(UV)激光系統(tǒng)等
眾多領(lǐng)域具有廣闊的潛在應用前景，引起了人們的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)已經(jīng)用不同技術(shù)成功地制備出了Sn02納米線、納米帶、納米棒、納米管等結(jié)構(gòu)并研究了Sn02納 米線的PL譜性質(zhì)、場發(fā)射性質(zhì)以及Sn02納米結(jié)構(gòu)的氣敏特性。在場發(fā)射性質(zhì)的 應用中，我們這里所合成的周期性的Sn02 "之字型"納米帶具有高密度周期性 納米級的"之字型"尖端，有利于電子從尖端發(fā)射，克服了許多一維納米結(jié)構(gòu) 只能從兩端發(fā)射電子的不足，從而獲得更好的場發(fā)射性質(zhì)。而且其獨特的結(jié)構(gòu) 具有更大的比表面積，有望進一步改善Sn02的氣敏傳感性能。在反應源中添加結(jié) 構(gòu)催化劑的方法也為實現(xiàn)自組裝功能性納米結(jié)構(gòu)的可控制備提供了一種新的生 長方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種周期性Sn02 "之字型"納米帶，其具有較大的比 表面積，有望進一步改善Sn02的氣敏傳感性能。
本發(fā)明的另一個目的是為了提供上述納米帶的制備方法。 本發(fā)明所提供的周期性Sn02 "之字型"納米帶，是首次以Sn02粉、石墨粉 及少量CuO粉作為原料合成得到。周期性Sn02 "之字型"納米帶，"之字角" 均勾一致呈82° ，"之字型"區(qū)段的間距為2jum-15nm，橫向彎折幅度為2jam-15 iam，縱向有十幾個到幾十個周期性區(qū)段組成，最長的"之字型"納米帶可達 300-500 pm。
這種周期性Sn02 "之字型"納米帶的制備方法，其具體工藝如下
1) 把不銹鋼柵格切成lcmx2cm的小片，然后在酒精溶液中超聲清洗干凈；
2) 將水平放置的管式生長爐以15°C/min的速率加熱到850-950°C;
3) 將Sn02粉(純度99,99 %)、石墨粉(純度99. 99 % )和CuO粉(純度:99.99 % )按質(zhì)量比3: 3: 1均勻混合作為源料放到一個石英舟里，把一片不銹鋼 柵格放在源上方距離2-3mm處，作為襯底來收集反應生成物；
4) 把石英舟放到預先加熱好的水平管式氣氛爐的中部；
5) 通入流量為0. 5L/min-1.5L/min的惰性氣體N2作為載氣，在一個標準大 氣壓強下反應60-120min;
6) 取出石英舟，在不銹鋼柵格襯底上面長有一層白色的絨毛狀物質(zhì)。 所述的不銹鋼柵格為20目；
所述的Sn02粉和石墨粉的純度為99. 99%;
本發(fā)明的工藝步驟2中提到的水平管式爐，其石英管的直徑為8cm，長度為 110cm。
本發(fā)明通過在Sn02粉和石墨粉原料中摻入少量CuO粉作為"之字型"結(jié)構(gòu) 的催化劑，控制改變熱蒸發(fā)過程中一些實驗參量，合成了周期性的Sn02 "之字 型"納米帶。相對于以前合成的納米結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的突出特點是(1)首次以 CuO作為結(jié)構(gòu)催化劑，以Sn02粉和石墨粉為原料合成了周期性的Sn02 "之字型" 納米帶，無需多層的不銹鋼柵格來限域反應氣氛；(2)合成的"之字型"納米 帶"之字角"均勻性好，絕大多數(shù)呈82° ; (3)反應在常壓下進行，無需抽真 空；U)對載氣的要求不高，只需要N2就可以，不需要加02等其他的氣體；(5) 方法簡單，成本低，重復性好，而且是大面積的生長。


圖l是周期性的Sn02 "之字型"納米帶的X射線衍射圖; 圖2a是大量周期性的Sn02 "之字型"納米帶的SEM照片圖2b是周期性的Sn02 "之字型"納米帶的高放大倍數(shù)的SEM照片 圖2c是周期性的Sn02 "之字型"納米帶的高放大倍數(shù)的SEM照片
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)特點。 如圖2a、圖2b和圖2c的SEM照片所示，這種周期性的Sn02 "之字型"納 米帶，"之字角"均勻一致呈82。，"之字型"區(qū)段的間距為2jam-15iam,橫 向彎折幅度為2nm-15iam,縱向有十幾個到幾十個周期性區(qū)段組成，最長的"之 字型"納米帶可達300-500 jim。
實施例1
1) 把不銹鋼柵格(20目)切成lcmx2cm的小片，然后在酒精溶液中超聲清 洗干凈；
2) 將水平放置的管式生長爐以15°C/min的速率加熱到85(TC;
3) 將Sn02粉(純度99.99 %)、石墨粉(純度99. 99 % )和CuO粉(純度: 99.99 % )按質(zhì)量比3: 3: 1均勻混合作為源料放到一個石英舟里，把一片不銹鋼 柵格放在源上方距離2隨處，作為襯底來收集反應生成物；
4) 把石英舟放到預先加熱好的水平管式氣氛爐的中部；
5) 通入流量為1.5L/min的惰性氣體N2作為載氣，在一個標準大氣壓強下反 應120min;
6) 取出石英舟，在不銹鋼柵格襯底上面長有一層白色的絨毛狀物質(zhì)。 實施例21) 把不銹鋼柵格(20目)切成lcmx2cm的小片，然后在酒精溶液中超聲清 洗干凈；
2) 將水平放置的管式生長爐以15匸/min的速率加熱到90(TC;
3) 將SnOz粉(純度99,99%)、石墨粉(純度99. 99 % )和CuO粉(純度: 99. 99 % )按質(zhì)量比3: 3: 1均勻混合作為源料放到一個石英舟里，把一片不銹鋼 柵格放在源上方距離3mm處，作為襯底來收集反應生成物；
4) 把石英舟放到預先加熱好的水平管式氣氛爐的中部；
5) 通入流量為lL/min的惰性氣體N2作為載氣，在一個標準大氣壓強下反應 90min;
6) 取出石英舟，在不銹鋼柵格襯底上面長有一層白色的絨毛狀物質(zhì)。 實施例3
1) 把不銹鋼柵格(20目)切成lcmx2cm的小片，然后在酒精溶液中超聲清 洗干凈；
2) 將水平放置的管式生長爐以15'C/min的速率加熱到95(TC;
3) 將Sn02粉(純度99.99%)、石墨粉(純度99. 99 % )和CuO粉(純度: 99. 99 % )按質(zhì)量比3: 3: 1均勻混合作為源料放到一個石英舟里，把一片不銹鋼 柵格放在源上方距離2mm處，作為襯底來收集反應生成物；
4) 把石英舟放到預先加熱好的水平管式氣氛爐的中部；
5) 通入流量為0. 5L/min的惰性氣體N2作為載氣，在一個標準大氣壓強下反 應30min;
6) 取出石英舟，在不銹鋼柵格襯底上面長有一層白色的絨毛狀物質(zhì)。上述方法得到的產(chǎn)物為周期性的Sn02 "之字型"納米帶，其X射線衍射圖 如圖1所示，對比標準衍射譜卡片顯示合成產(chǎn)物是純凈的四方金紅石型Sn02, 圖中表示的衍射峰，除44。附近的衍射峰為不銹鋼柵格主要成分Fe的衍射峰外， 其余都是Sn02四方金紅石結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的，沒有Sn或Sn的其他氧化物等雜質(zhì)峰 出現(xiàn)。
所得產(chǎn)物如圖2a的電鏡圖片顯示在不銹鋼柵格襯底上大量合成了周期性 的Sn02 "之字型"納米帶。
所得產(chǎn)物如圖2b和圖2c的高倍掃描電鏡圖片顯示Sn02 "之字型"納米 帶是具有完美的周期性，表明光潔，"之字角"均勻性好，呈82° 。
權(quán)利要求
1、 一種周期性Sn02 "之字型"納米帶，是首次以Sn02粉、石墨粉及少量 CuO粉作為原料合成得到。周期性Sn02 "之字型"納米帶，"之字角"均勻一致 呈82° ，"之字型，，區(qū)段的間距為2|itn-15|im,橫向彎折幅度為2 nm-15 縱向有十幾個到幾十個周期性區(qū)段組成，"之字型"納米帶為300-500 jam。
2、 如權(quán)利要求1所述的周期性Sn02 "之字型"納米帶的制備方法，具體 工藝如下1) 把不銹鋼柵格切成lcmx2cm的小片，然后在酒精溶液中超聲清洗干凈；2) 將水平放置的管式生長爐以15'C/min的速率加熱到850-950°C;3) 將Sn02粉、石墨粉和CuO粉按質(zhì)量比3: 3: 1均勻混合作為源料放到一個 石英舟里，把一片不銹鋼柵格放在源上方距離2-3mm處，作為襯底來收集反應 生成物；4) 把石英舟放到預先加熱好的水平管式氣氛爐的中部；5) 通入流量為0. 5L/min-1. 5L/min的惰性氣體N2作為載氣，在一個標準大 氣壓強下反應60-120min;6) 取出石英舟，在不銹鋼柵格襯底上面長有一層白色的絨毛狀物質(zhì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的周期性Sn02 "之字型"納米帶的制備方法，其 特征在于所述的不銹鋼柵格格為20目。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的周期性Sn02 "之字型"納米帶的制備方法，其 特征在于所述的Sn02粉、石墨粉和CuO的純度為99. 99%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的周期性Sn02 "之字型，，納米帶的制備方法，其特征在于工藝步驟2中提到的管式生長爐，其石英管的直徑為8cm,長度為 110cra。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種周期性SnO₂“之字型”納米帶，這種SnO₂“之字型”納米帶，是通過在SnO₂粉和石墨粉原料中摻入少量CuO粉作為“之字型”結(jié)構(gòu)的催化劑，控制改變熱蒸發(fā)過程中一些實驗參量合成的。相對于以前合成的納米結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的突出特點是1)首次以CuO作為結(jié)構(gòu)催化劑，以SnO₂粉和石墨粉為原料合成了周期性的SnO₂“之字型”納米帶，無需多層的不銹鋼柵格來限域反應氣氛；2)合成的“之字型”納米帶“之字角”均勻性好，絕大多數(shù)呈82°；3)反應在常壓下進行，無需抽真空；4)對載氣的要求不高，只需要N₂就可以，不需要加O₂等其他的氣體；5)方法簡單，成本低，重復性好，而且是大面積的生長。
文檔編號C30B29/16GK101311361SQ200810036438
公開日2008年11月26日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者晉 吳, 尚德建, 徐建文, 李輝麟, 胡文婷, 可 郁 申請人:華東師范大學