一種快速制備鋰納米結構的方法
【專利摘要】本發明公開了一種快速制備鋰納米結構的方法，使用鋰化合物作為原料，經過干燥后置于高真空環境，隨后使用電子束對其進行輻照，當電子束的強度超過一定值后鋰化合物發生分解，分解過程中產生出不同的鋰納米結構。本發明提供的快速制備鋰納米結構的方法，可以快速獲得不同類型的鋰納米結構，且獲得的產物純度較高、形態多樣，且制備過程可控性高。
【專利說明】一種快速制備鋰納米結構的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制備鋰納米結構方法，尤其涉及一種利用電子束技術快速制備鋰納米顆粒、納米線以及納米核殼結構的方法，屬于新能源材料和技術的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]納米材料由于其特殊的小尺度效應和表面效應，已經受到了廣泛和深入的研究。目前的研究已經發現使用納米材料可以獲得許多宏觀尺度材料所不具有的特殊和優良的性能，比如:由于其巨大的比表面積，納米顆粒的催化活性非常強，可以用于制備高性能低成本的催化劑；小顆粒的納米結構具有特殊的光學特性，可能可以用于特殊的光學器件；小顆粒的納米顆粒導致其能帶結構發生改變，從而產生不同于特材料的特殊的電學特性。利用這一特性可以構建新型的電子器件。因此，對納米材料制備和其各種性能的研究是一個備受人們關注的課題。
[0003]金屬鋰作為一種今年來備受關注的元素，其廣泛應用于鋰離子電池作為一種高性能的電能存儲介質。研究表明，在鋰離子電池中，鋰元素通常以單質或化合物的形式同時存在于電池的兩極。鋰元素單質和化合物狀態的轉化過程伴隨著電子的轉移過程。這一過程就對應于電池的充放電過程。從微觀層面來講，這一過程伴隨的是納米尺度上的鋰元素被包裹形成的化合物和釋放為單質的兩個相反過程。對這一過程的研究和控制是獲得高性能鋰離子電池的關鍵。
[0004]此外，鋰元素及其化合物也被廣泛應用于半導體材料摻雜、化學檢測、藥物治療等等各個方面。在這些應用領域，研究使用基于鋰材料的納米結構可能帶來具有特殊功能的應用，同時也有可能獲得對某些特性的增強。因此，研究鋰納米結構的合成和性質是一個具有實驗和實踐意義的課題。
[0005]雖然如此，由于鋰元素的高化學反應活性，要在常規環境下進行可控的合成非常困難，而對其各種物理、化學特性的研究也更加困難。因此關于鋰納米結構的合成和性質研究一直鮮有報道。

【發明內容】

[0006]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種快速制備鋰納米結構的方法，能夠在高真空環境下利用電子束輻照鋰化合物制備多種鋰納米結構，可以實現鋰納米顆粒、納米線以及納米核殼結構，是一種比較容易控制、且獲得的產物形態較好的方法。
[0007]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0008]一種快速制備鋰納米結構的方法，使用鋰化合物作為原料，經過干燥后置于高真空環境，隨后使用電子束對其進行輻照，當電子束的強度超過一定值后鋰化合物發生分解，分解過程中產生出不同的鋰納米結構；具體包括如下步驟:
[0009]( I)將鋰化合物配置成水溶液，攪拌均勻后密封備用；[0010](2)首先將銅網浸入步驟(I)得到的水溶液中，提拉出銅網并置于空氣中初步干燥；然后將銅網置于干燥器中進行深度干燥，直至銅網表面出現氯化鋰結晶；
[0011](3)首先將步驟(2)得到的銅網置于透射電子顯微鏡的樣品臺中；然后將銅網隨同樣品臺一同置于透射電子顯微鏡的真空腔內靜置，待真空腔內環境穩定后，開啟電子束，經電子束輻照的氯化鋰便直接產生出多種納米結構。
[0012]優選的，所述步驟(I)中，水溶液的濃度為8?12% ;最為優選的，水溶液的濃度為10%。
[0013]優選的，所述步驟(2)中，銅網為800?1200目的銅網；最為優選的，銅網為1000目的銅網。
[0014]優選的，所述步驟(2)中，提拉出銅網并置于空氣中初步干燥2?lOmin。
[0015]優選的，所述步驟(3)中，將銅網隨同樣品臺一同置于透射電子顯微鏡的真空腔內，靜置8?12min。
[0016]優選的，所述步驟(3)中，電子束輻照的條件為:電子束的強度大于102A/cm2/s，輻照溫度為20?30°C，真空腔的真空度為2.0X10—4?2.0X10_5Pa。
[0017]優選的，所述步驟(I)中，鋰化合物為氯化鋰。
[0018]有益效果:本發明提供的快速制備鋰納米結構的方法，可以快速獲得不同類型的鋰納米結構，且獲得的產物純度較高、形態多樣，且制備過程可控性高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為氯化鋰經過輻照后表面長出的多種納米結構；
[0020]圖2為氯化鋰經過輻照后表面長出的核殼結構的鋰/氯化鋰顆粒；
[0021]圖3為一根鋰納米線的快速生長過程；
[0022]圖4為一根鋰/氯化鋰納米管核殼結構的生長過程以及納米管內部的鋰元素的釋放過程；
[0023]圖5為一根一端封閉的鋰/氯化鋰納米管核殼結構；
[0024]圖6為一根一端開口的鋰/氯化鋰納米管核殼結構；
[0025]圖7為一根鋰/氯化鋰納米管核殼結構；
[0026]圖8為一端封閉的鋰/氯化鋰納米管核殼結構的結構示意圖；
[0027]圖9為一端開口的鋰/氯化鋰納米管核殼結構的結構示意圖；
[0028]圖10為鋰/氯化鋰納米顆粒核殼結構的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0030]一種快速制備鋰納米結構的方法，使用鋰化合物作為原料，經過干燥后置于高真空環境，隨后使用電子束對其進行輻照，當電子束的強度超過一定值后鋰化合物發生分解，分解過程中產生出不同的鋰納米結構；具體包括如下步驟:
[0031](I)將氯化鋰配置成濃度為10%的水溶液，攪拌均勻后密封備用；
[0032](2)以1000目的銅網作為襯底，首先將銅網浸入步驟(I)得到的水溶液中，提拉出銅網，氯化鋰溶液會殘留在銅網表面，將銅網置于空氣中初步干燥2?lOmin，表面的氯化鋰液滴中的水分會逐漸揮發，液滴尺寸變小，氯化鋰液滴逐漸濃縮；由于氯化鋰的強吸濕性，在空氣中氯化鋰液滴不會干燥結晶，為此將銅網置于干燥器中進行深度干燥，隨后可以看到液滴消失，銅網表面出現氯化鋰結晶；
[0033](3)首先將步驟(2)得到的銅網快速置于透射電子顯微鏡的樣品臺中；然后將銅網隨同樣品臺一同置于透射電子顯微鏡的真空腔內靜置IOmin左右，待真空腔內環境穩定后，開啟電子束，經電子束輻照的氯化鋰便直接產生出多種納米結構；其中，電子束輻照的條件為:電子束的強度大于102A/cm2/s，輻照溫度為室溫左右，真空腔的真空度為
2.0XlO-4 ?2.0X10_5Pa。
[0034]對上述方法過程進行觀察和分析，結果如圖1至圖10所示，下面就各附圖加以說明。
[0035]圖1顯示氯化鋰經過輻照后表面長出多種納米結構，主要有納米顆粒和納米線；圖上所觀察到的納米結構由鋰或者氯化鋰構成，其直徑分布在15-100納米范圍。
[0036]圖2顯示氯化鋰經過輻照后表面長出的核殼結構的鋰/氯化鋰顆粒，其內部為鋰、外層為氯化鋰，顆粒的大小約50納米、殼層厚度約5納米。
[0037]圖3中的(a)?(f)顯示了一根鋰納米線的快速生長過程，圖上的數字表示生長過程的時間序列；(a)和(b)中的黑色箭頭指示了納米線的生長端，(C)和⑷中的白色箭頭指示了納米線中的一個彎折的生長過程，(f)中的標尺為50納米；整個生長過程在I秒內完成，其生長速率約為2.6 μ m/s。
[0038]圖4中的(a)?(g)顯示了一根鋰/氯化鋰納米管核殼結構的生長過程以及納米管內部的鋰元素的釋放過程，圖上的數字表示生長過程的時間序列；(b)、(c)、(d)和(e)中的白色箭頭指示了鋰納米顆粒的形成和生長過程，(f)和(g)中的白色箭頭指示由于中心鋰元素的釋放導致其半徑減小，證明其為鋰/氯化鋰納米管核殼結構。
[0039]圖5中的黑色箭頭指示一根一端封閉的鋰/氯化鋰納米管核殼結構。
[0040]圖6中的黑色箭頭指示一根一端開口的鋰/氯化鋰納米管核殼結構。
[0041]圖7中的黑色箭頭指示一根鋰/氯化鋰納米管核殼結構，箭頭所指的部位為納米管的軸向平行于觀察方形形成的投影。
[0042]圖8為一端封閉的鋰/氯化鋰納米管核殼結構的結構示意圖；內部網狀陰影為鋰，外層黑色陰影為氯化鋰。
[0043]圖9為一端開口的鋰/氯化鋰納米管核殼結構的結構示意圖。
[0044]圖10為鋰/氯化鋰納米顆粒核殼結構的結構示意圖。
[0045]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將鋰化合物配置成水溶液，攪拌均勻后密封備用； (2)首先將銅網浸入步驟(I)得到的水溶液中，提拉出銅網并置于空氣中初步干燥；然后將銅網置于干燥器中進行深度干燥，直至銅網表面出現氯化鋰結晶； (3)首先將步驟(2)得到的銅網置于透射電子顯微鏡的樣品臺中；然后將銅網隨同樣品臺一同置于透射電子顯微鏡的真空腔內靜置，待真空腔內環境穩定后，開啟電子束，經電子束輻照的氯化鋰便直接產生出多種納米結構。
2.根據權利要求1所述的快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，水溶液的濃度為8?12%。
3.根據權利要求2所述的快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，水溶液的濃度為10%。
4.根據權利要求1所述的快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，銅網為800?1200目的銅網。
5.根據權利要求4所述的快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，銅網為1000目的銅網。
6.根據權利要求1所述的快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，提拉出銅網并置于空氣中初步干燥2?lOmin。
7.根據權利要求1所述的快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，將銅網隨同樣品臺一同置于透射電子顯微鏡的真空腔內，靜置8?12min。
8.根據權利要求1所述的快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，電子束輻照的條件為:電子束的強度大于102A/cm2/s，輻照溫度為20?30°C，真空腔的真空度為 2.0X I(T4 ?2.0 X l(T5Pa。
9.根據權利要求1所述的快速制備鋰納米結構的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，鋰化合物為氯化鋰。
【文檔編號】B22F9/30GK103862064SQ201410080384
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】萬能, 周奕龍, 沈昱婷, 孫立濤 申請人:東南大學