專利名稱：一種自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，尤其是一種自組裝三維碳化鉿(HfC)晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
HfC具有超高的熔點(3890° C)，是最難熔的超高溫陶瓷之一；同時，它還具有高硬度(維氏硬度:26.lGPa)，高彈性模量(350 - 51OGPa)和良好的化學穩(wěn)定性。由于這一系列的優(yōu)異性能，其已被用作耐磨薄膜和在航空航天領(lǐng)域中的熱防護涂層；此外，HfC晶須或納米線還可作為超高溫復合材料的增強體，同時由于其穩(wěn)定和特殊的物理化學性質(zhì)還可用作點電子源的場發(fā)射材料。因此，三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)在超高溫環(huán)境下微型功能器件中具有潛在的重要應用。一維材料由于其在微納技術(shù)領(lǐng)域的特殊應用已受到大量關(guān)注，例如:微米級的纖維或晶須、納米級的納米線或納米管。一系列的材料如碳、碳化物、氧化物、半導體材料、金屬等已被開發(fā)制備成一維線結(jié)構(gòu)，它們特殊的物理性質(zhì)使其在納米電子和光電子領(lǐng)域獲得重要應用。而且，微納米級別功能性設備制備需要，由一維材料組裝成的多維結(jié)構(gòu)正逐漸展現(xiàn)出 其潛在的技術(shù)重要性。目前，已有研究者通過自催化化學氣相沉積法在平整的基底上制備了二維的氧化物納米線或納米帶網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其可應用作為光電設備的微型功能器件；同時，隨著鋰電池的發(fā)展，三維的石墨烯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可作為超級電容器的陰極材料已受到極大關(guān)注，制備這種結(jié)構(gòu)最常用一種方法是以泡沫鎳為模版和催化劑的化學氣相沉積方法。然而，采用催化化學氣相沉積法制備一維金屬碳化物材料自組裝三維結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，制備出了新的三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案一種自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于步驟如下:步驟1:配制濃度為0.05 2mol/L的Ni (NO3)2或NiCl2的乙醇溶液；步驟2:將清洗干凈的2D針刺碳氈放在步驟I配制的溶液中浸泡I 2h，然后取出2D針刺碳氈放在40 55 °C的干燥箱內(nèi)烘干；步驟3:將步驟2烘干的2D針刺碳氈放于管式電阻爐內(nèi)的沉積模具中，抽真空至2kPa，通入惰性氬氣作為保護氣體；以5 10°C /min的升溫速度將爐溫升至1200 1400°C，然后通入H2、HfCl4和CH4氣體，控制H2、HfCl4和CH4的分壓分別為0.80 0.98，0.10 0.01，0.10 0.01 ;調(diào)節(jié)真空泵抽速，將CVD爐內(nèi)的沉積壓力控制在2kPa 30kPa ；沉積時間為2 IOh ;沉積結(jié)束后停止通入反應氣體，關(guān)閉加熱電源自然降溫，在2D針刺碳氈沉積表面制得自組裝三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
所述步驟3中通入的HfC I4氣體流量為80 150mg/min。所述Ni (NO3)2為分析純，質(zhì)量百分含量彡99.8%。所述NiCl2為分析純，質(zhì)量百分含量彡99.8%。所述乙醇為分析純，質(zhì)量百分含量彡99.8%。所述HfCl4為分析純，質(zhì)量百分含量彡99.8%。所述Ar為純度大于99.999%的高純氣體。所述CH4為純度大于99.999%的高純氣體。所述H2為純度大于99.999%的高純氣體。有益效果本發(fā)明提出的一種自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，沒有使用三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的模版，直接通過催化劑輔助的化學氣相沉積方法首次在2D針刺碳氈的表面制備了自組裝的三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，所制得的產(chǎn)物相比模版法引入的其他元素的雜質(zhì)含量少。


圖1:是本發(fā)明的方法流程圖；圖2:是本發(fā)明所制備自組裝三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)微觀形貌圖3:是本發(fā)明所制備自組裝三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)微觀形貌圖4:為TEM下選取衍射花樣，證明構(gòu)建三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的HfC晶須為單晶。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:實施例1:1、配置濃度為ImoI/L的Ni (NO3)2乙醇溶液。2、將清洗干凈的尺寸為60mmX45mmX IOmm的2D碳租放于步驟I所述溶液中浸泡2h，然后取出碳氈放在50°C的干燥箱內(nèi)烘干備用。3、化學氣相沉積(CVD)工藝制備自組裝三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，方法如下:將步驟2中浸潰有Ni (NO3)2的2D針刺碳氈放于立式的管式電阻爐內(nèi)的沉積用石墨模具中，抽真空至2kPa左右，通入惰性氬氣作為保護氣體，以5°C /min的升溫速度將爐溫升至1250°C ;當爐內(nèi)溫度達到沉積溫度時，通入H2、HfCl4和CH4氣體，控制H2、HfCl4和CH4的分壓分別為0.90，0.05，0.05，HfCl4氣體流量為115mg/min ;調(diào)節(jié)真空泵抽速，將CVD爐內(nèi)的沉積壓力控制在IOkPa;沉積時間為8h。沉積結(jié)束后關(guān)閉加熱電源自然降溫。即在2D針刺碳氈沉積表面制得自組裝三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，組裝三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的單根的HfC晶須直徑約50μπι ;此外，在碳氈表面除了生長有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，還有直徑為幾微米大小的HfC晶須。實施例2:1、配置濃度為0.5mol/L的NiCl2乙醇溶液。2、將清洗干 凈的尺寸為60mmX45mmX IOmm的2D碳氈放于步驟I所述溶液中浸泡2h，然后取出碳氈放在50°C的干燥箱內(nèi)烘干備用。
3、化學氣相沉積(CVD)工藝制備自組裝三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，方法如下:將步驟2中浸潰有NiCl2的2D針刺碳氈放于立式的管式電阻爐內(nèi)的沉積用石墨模具中，抽真空至2kPa左右，通入惰性氬氣作為保護氣體，以5°C /min的升溫速度將爐溫升至1300°C ;當爐內(nèi)溫度達到沉積溫度時，通入H2、HfCl4和CH4氣體，控制H2、HfCl4和CH4的分壓分別為0.80，0.10，0.10，HfCl4氣體流量為150mg/min ;調(diào)節(jié)真空泵抽速，將CVD爐內(nèi)的沉積壓力控制在5kPa ;沉積時間為6h。沉積結(jié)束后關(guān)閉加熱電源自然降溫。即在2D針刺碳氈沉積表面制得自組裝三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；此外，有直徑為幾微米大小的HfC晶須生長在碳 氈表面。
權(quán)利要求
1.一種自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:配制濃度為0.05 2mol/L的Ni (NO3)2或NiCl2的乙醇溶液； 步驟2:將清洗干凈的2D針刺碳氈放在步驟I配制的溶液中浸泡I 2h，然后取出2D針刺碳氈放在40 55°C的干燥箱內(nèi)烘干； 步驟3:將步驟2烘干的2D針刺碳氈放于管式電阻爐內(nèi)的沉積模具中，抽真空至2kPa，通入惰性氬氣作為保護氣體；以5 10°C /min的升溫速度將爐溫升至1200 1400°C，然后通入H2、HfCl4和CH4氣體，控制H2、HfCl4和CH4的分壓分別為0.80 0.98，0.10 0.01，0.10 0.01 ;調(diào)節(jié)真空泵抽速，將CVD爐內(nèi)的沉積壓力控制在2kPa 30kPa ;沉積時間為2 IOh ;沉積結(jié)束后停止通入反應氣體，關(guān)閉加熱電源自然降溫，在2D針刺碳氈沉積表面制得自組裝三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述步驟3中通入的HfCl4氣體流量為80 150mg/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述Ni (NO3)2為分析純，質(zhì)量百分含量彡99.8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述NiCl2為分析純，質(zhì)量百分含量彡99.8%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述乙醇為分析純,質(zhì)量百分含量彡99.8%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述HfCl4為分析純，質(zhì)量百分含量> 99.8%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述Ar為純度大于99.999%的高純氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述CH4為純度大于99.999%的高純氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述H2為純度大于99.999%的高純氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自組裝三維碳化鉿晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的制備方法，沒有使用三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的模版，直接通過催化劑輔助的化學氣相沉積方法首次在2D針刺碳氈的表面制備了自組裝的三維HfC晶須網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，所制得的產(chǎn)物相比模版法引入的其他元素的雜質(zhì)含量少。
文檔編號C30B29/62GK103194734SQ201310129980
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者李賀軍, 田松, 張雨雷, 張守陽, 強新發(fā) 申請人:西北工業(yè)大學