專利名稱：一種射頻等離子體增強cvd法制備氧化鎂納米帶的方法
技術領域：
本發明涉及氧化鎂納米帶的制備方法，特別是ー種射頻等離子體增強化學氣相沉積法(CVD)制備氧化鎂納米帶的方法。
背景技術：
ー維納米材料由于其獨特的小尺寸效應、表面效應和量子尺寸效應，具有不同于常規材料的電學、熱學和力學等新特性。納米結構的氧化鎂與納米粉體相比較具有更好的結晶度，尤其是其高硬度、高熔點、獨特的帯狀和網狀納米結構等特性使其在耐高溫材料、 陶瓷絕緣材料及催化劑載體等領域的應用越來越受到人們的關注。近年來，制備氧化鎂納米帶已有較多報道。^iang等通過在氧氣中加熱MgCl2制備出了純度較高的氧化鎂納米帶[Appl. Phys. A，2001，73 :773-775]；陳晨等基于MgCO3 · 3H20 的定向生長特性，用氨水與碳酸銨雙沉淀劑共沉淀化學合成途徑，首先合成了 MgCO3 · 3H20 納米帶結構，然后經煅燒大量合成了氧化鎂納米帶[無機化學學報，2005，21(6) 859-862] ；Ma等先用金屬鎂在650°C的N2中蒸發形成Mg3N2前驅物，然后Mg3N2在800°C的 N2和O2氣氛中分解并形成氧化鎂納米帶[Chemical Physics Letters，2003，370 (5-6) 770-773]。但是由于生產エ藝和生產成本等原因，目前氧化鎂納米帶產業化還難以實現，制備出大量純度較高的納米氧化鎂將有重要的意義。用射頻等離子體增強化學氣相沉積系統制備氧化鎂納米帶具有速度快，エ藝簡單等優點。此方法制備的氧化鎂納米帶有望在電子、催化、陶瓷、電絕緣材料及耐高溫材料等領域發揮巨大的作用。

發明內容
本發明的目的在于針對上述存在問題，提供一種射頻等離子體增強化學氣相沉積法制備氧化鎂納米帶的方法，該方法エ藝簡單、制備速度快，有利于實現產業化。本發明的技術方案—種射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，步驟如下1)將Mg (NO3) 2 · 6H20晶體和Ni (NO3) 2 · 6H20晶體溶解于無水乙醇中制得混合溶液作為前驅物；2)將上述混合溶液均勻噴灑在襯底上，在50-100°C溫度下烘干后，置于射頻等離子體增強化學氣相沉積(RF-PECVD)設備真空室的樣品臺上；3)關閉真空室并抽真空，當腔內壓強小于0. IPa吋，向真空室通入保護氣體和氫氣，保護氣體流量為lO-lOOmL/min，氫氣流量為20_200mL/min，當壓強達到100-20001 時， 將樣品臺在溫度為700-1200°C條件下加熱0. 5-2小吋，使襯底上的前驅物分解并形成MgO 禾ロ NiO ；4)施加50-500W的射頻功率，在氫等離子體作用下，將NiO還原為Ni納米金屬顆粒，反應時間為0. 5-2小吋，即可制得氧化鎂納米帯。
所述混合溶液中Mg (NO3) 2和Ni (NO3) 2的摩爾比為ト10 1，Mg (NO3) 2的摩爾濃度為 0. 05-2mol/mし所述襯底為Si、玻璃、石英或銅。所述保護氣體為氬氣或氦氣。本發明的技術分析射頻等離子體增強化學氣相沉積法是通過加熱襯底使前驅物混合溶液分解，施加射頻功率后，分解物被氫氣和保護氣體形成的高溫等離子體還原，形成氧化鎂納米帶。相比于已報道的用化學氣相沉積法及其他方法制備氧化鎂納米帶來說，制備速率快，エ藝步驟簡化。本發明的優點是采用易溶于乙醇并可在低溫下易分解的硝酸鎂和硝酸鎳混合溶液作為前驅物，用射頻等離子體增強化學氣相沉積系統獲得氧化鎂納米結構，制備的氧化鎂納米結構包括矩形帯狀結構、交叉的網狀納米結構和T形結構等，結晶性較好，尤其是網狀納米結構在交叉處的生長晶向發生變化，顯示出一定的弾性形變性；該方法エ藝簡單、易于實施，有利于實現產業化，可廣泛應用于電子、催化、陶瓷、電絕緣材料及耐高溫材料等領域。


圖1為實施例1的エ藝條件下制備的氧化鎂納米帶的TEM圖。圖2為實施例1的エ藝條件下制備的氧化鎂納米帶的HRTEM圖。圖3為實施例2的エ藝條件下制備的氧化鎂納米帶的TEM圖。圖4為實施例2的エ藝條件下制備的氧化鎂納米帶的EDS圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作詳細說明，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。實施例中所用的制備氧化鎂納米帶的射頻等離子體增強化學氣相沉積設備 (RF-PECVD)是中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司生產的PECVD400型高真空單靶高溫鍍膜設備。實施例1 一種射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，步驟如下1)將13gMg (NO3) 2 ·6Η20晶體和14. 5g Ni (NO3) 2 ·6Η20晶體溶解于無水乙醇中制得混合溶液作為前驅物，配成Mg (NO3) 2和Ni (NO3) 2的濃度均為0. 5mol/L,Mg (NO3) 2與Ni (NO3) 2 摩爾比為1 1的混合溶液；2)將上述混合溶液均勻噴灑在Si襯底上，在80°C溫度下烘干后，置于射頻等離子體增強化學氣相沉積(RF-PECVD)系統真空室的樣品臺上；3)關閉真空室并抽真空，當腔內壓強小于0. IPa吋，向真空室通入氬氣和氫氣，其中氬氣流量為20mL/min，氫氣流量為120mL/min，當壓強達到10001 吋，將樣品臺加熱0. 5 小吋，加熱溫度為1050°C，使襯底上的前驅物分解并形成MgO和NiO ；4)施加150W的射頻功率，在氫等離子體作用下，將NiO還原為Ni納米金屬顆粒， 由于Mg原子的活性比H原子強，無法用氫等離子體把MgO還原成Mg，反應時間為0. 5小吋，形成氧化鎂納米帶。圖1為該工藝條件下制備的氧化鎂納米帶的TEM照片，圖中顯示制備的納米氧化鎂多為矩形結構，寬度為30-70nm，長度約為l-2nm，也有少量的交叉網狀結構出現。圖2為該工藝條件下制備的氧化鎂納米帶的HRTEM照片，圖中顯示制備的氧化鎂納米帶結晶性良好，該晶面間距為021nm，是對應于MgO的面心立方體的Q00)晶面。實施例2:一種射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，步驟如下1)將 7. 68g Mg (NO3) 2 · 6H20 晶體和 2. 91g Ni (NO3) 2 · 6H20 晶體溶解于無水乙醇中制得混合溶液作為前驅物，配成Mg(NO3)2的濃度為0. 3mol/L, Mg(NO3)2與Ni (NO3)2摩爾比為3 1的混合溶液；2)將上述混合溶液均勻噴灑在玻璃襯底上，在60°C溫度下烘干后，置于射頻等離子體增強化學氣相沉積(RF-PECVD)系統真空室的樣品臺上；3)關閉真空室并抽真空，當腔內壓強小于0. IPa時，向真空室通入氦氣和氫氣，其中氬氣流量為lOmL/min，氫氣流量為SOmL/min，當壓強達到1200Pa時，將樣品臺加熱1小時，加熱溫度為850°C，使襯底上的前驅物分解并形成MgO和NiO ；4)施加300W的射頻功率，在氫等離子體作用下，將NiO還原為Ni納米金屬顆粒， 由于Mg原子的活性比H原子強，無法用氫等離子體把MgO還原成Mg，反應時間為1小時，形成氧化鎂納米帶。圖3為該工藝條件下制備的氧化鎂納米帶的TEM照片，圖中顯示制備的納米氧化鎂為矩形結構，寬度約為20 70nm，同時形成了交叉網狀結構，其中存在少量的鎳顆粒。圖4為該工藝條件下制備的氧化鎂納米帶的EDS圖，圖4與圖3相對應，圖中顯示 該納米結構是由O和Mg元素構成的，且相應的原子比約為1 1，僅含有少量的Ni雜質，說明該條件下制備出了質量較好的氧化鎂納米帶。實施例3 一種射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，步驟如下1)將 25. 6g Mg(NO3)2 · 6H20 晶體和 2. 91g Ni (NO3)2 · 6H20 晶體溶解于無水乙醇中制得混合溶液作為前驅物，配成Mg (NO3) 2的濃度為lmol/L，Mg (NO3) 2與Ni (NO3) 2摩爾比為 10 1的混合溶液；2)將上述混合溶液均勻噴灑在銅襯底上，在90°C溫度下烘干后，置于射頻等離子體增強化學氣相沉積(RF-PECVD)系統真空室的樣品臺上；3)關閉真空室并抽真空，當腔內壓強小于0. IPa時，向真空室通入氬氣和氫氣，其中氬氣流量為15mL/min，氫氣流量為lOOmL/min，當壓強達到9001 時，將樣品臺加熱0. 5 小時，加熱溫度為950°C，使襯底上的前驅物分解并形成MgO和NiO ；4)施加200W的射頻功率，在氫等離子體作用下，將NiO還原為Ni納米金屬顆粒， 由于Mg原子的活性比H原子強，無法用氫等離子體把MgO還原成Mg，反應時間為1小時，形成氧化鎂納米帶。經過實驗確證，本發明通過控制制備條件如控制氣體流量，襯底溫度，反應壓強， 射頻功率與反應時間等工藝條件，以及通過調配溶液濃度與比例等，可以制備出大量純度較高的氧化鎂納米帶。
權利要求
1.一種射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，其特征在于步驟如下1)將Mg(NO3)2· 6H20晶體和Ni (NO3)2 · 6H20晶體溶解于無水乙醇中制得混合溶液作為前驅物；2)將上述混合溶液均勻噴灑在襯底上，在50-100°C溫度下烘干后，置于射頻等離子體增強化學氣相沉積(RF-PECVD)設備真空室的樣品臺上；3)關閉真空室并抽真空，當腔內壓強小于0.IPa吋，向真空室通入保護氣體和氫氣， 保護氣體流量為lO-lOOmL/min，氫氣流量為20-200mL/min，當壓強達到100-20001 時，將樣品臺在溫度為700-1200°C條件下加熱0. 5-2小吋，使襯底上的前驅物分解并形成MgO和 NiO ；4)施加50-500W的射頻功率，在氫等離子體作用下，將NiO還原為M納米金屬顆粒，反應時間為0. 5-2小吋，即可制得氧化鎂納米帯。
2.根據權利要求1所述射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，其特征在于所述混合溶液中Mg(NO3)2和Ni (NO3)2的摩爾比為1-10 1，Mg(NO3)2的摩爾濃度為 0.05-2mol/mし
3.根據權利要求1所述射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，其特征在于所述襯底為Si、玻璃、石英或銅。
4.根據權利要求1所述射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，其特征在于所述保護氣體為氬氣或氦氣。
全文摘要
一種用射頻等離子體增強CVD法制備氧化鎂納米帶的方法，以硝酸鎂和硝酸鎳混合溶液作為前驅物，將此混合液滴在硅、玻璃等襯底上，烘干后置于射頻等離子體增強化學氣相沉積設備腔內的沉積臺上，加熱分解，然后被保護氣體和氫氣在射頻作用下形成的高溫等離子體還原，形成氧化鎂納米帶。本發明的優點是制備的氧化鎂納米結構包括矩形帶狀結構、交叉的網狀納米結構和T形結構等，結晶性較好，尤其是網狀納米結構在交叉處的生長晶向發生變化，顯示出一定的彈性形變性；該方法工藝簡單、易于實施，有利于實現產業化，可廣泛應用于電子、催化、陶瓷、電絕緣材料及耐高溫材料等領域。
文檔編號C23C16/40GK102534571SQ20121005353
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月3日 優先權日2012年3月3日
發明者曲長慶, 李明吉, 李紅姬, 楊保和, 狄海榮 申請人:天津理工大學