專利名稱：利用去合金法制備多孔氮化鋁或多孔氮化鎵微粒的方法
技術領域：
本發明屬于納米無機非金屬半導體與光電材料科學與工程技術領域，具體涉及一種利用去合金法制備多孔氮化鋁(AlN)或多孔氮化鎵(GaN)微粒的方法。
背景技術：
具有孔結構的多孔AlN或GaN微粒及以其為基形成的多孔III族合金氮化物微粒因高的比表面積、增強的光電響應特性、增強的非線性光學特性以及光催化特性等，在儲氫、燃料電池、光催化裂解水、紫外探測與傳感器以及非線性光學等領域具有極大的應用前景。故對多孔AlN或GaN微粒的研究已成為多孔半導體研究領域的一個重要研究熱點。然而到目前為止，多孔AlN或GaN半導體微粒仍不能在相應領域得到廣泛應用的主要原因是 不能有效地合成出這些多孔半導體微粒或用現有方法制備出的多孔氮化鋁微粒，孔的比表面積小，孔占有空間小，無法在實際中得到應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種利用去合金法制備多孔AlN或多孔GaN微粒的方法，解決了現有技術無法有效地合成出多孔AlN或多孔GaN微粒或制備出的多孔AlN或GaN微粒孔比表面積小、孔占有空間小，無法在實際中得到應用的問題。本發明采用的技術方案為，利用去合金法制備多孔氮化鋁或多孔氮化鎵微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制原料由A組份和B組份組成；A組份占整個原料的重量百分比為10 90% wt ；如果要制備多孔氮化鋁微粒A組份為工業純Al塊；B組份為工業純Mg塊、工業純 Li塊或工業純Ca粒中的一種，或任意兩種或三種以任意比例組成的混合物；如果要制備多孔氮化鎵微粒A組份為液體( ；B組份為工業純Mg塊、工業純Li 塊或工業純Ca粒中的一種，或任意兩種或三種以任意比例組成的混合物；步驟2，合金的熔煉和配制將配好的原料放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度小于或等于0. latm，然后向反應爐中充入高純氮氣，當反應爐內的氮氣壓強達到0. 7 1. fetm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以10°C /min 30°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到600 1100°C，然后在此溫度保溫15 50h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；步驟5，去合金化
把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用酸浸泡5 10小時，以去除其中的B組分合金的氮化物，留下A組分的氮化物；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；步驟6，干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于80 200°C干燥1 4小時，即可獲得了多孔AlN微粒或多孔GaN微粒。本發明的有益效果是禾_本發明提供的制備方法，在600 1100°C溫度范圍內， 在氮氣壓強為0. 7 1. fetm情況下，從不同成分、含量和顆粒大小的鋁合金或鎵合金粉末中，制備出孔直徑為約幾百納米到幾十微米、顆粒粒徑大小在幾微米 幾百微米數量級范圍內、比表面積可達100m2/g甚至更高的具有孔結構的多孔AlN或GaN微粒。由于本發明能有效地制備出孔徑小，孔占有空間大，孔的比表面積大的多孔AlN或GaN微粒，為多孔AlN 或GaN微粒在儲氫、燃料電池、光催化裂解水、紫外探測與傳感器以及非線性光學等領域的應用及其推動這些領域的技術進步提供了良好的基礎。


圖1是利用本發明方法制備出的多孔AlN微粒的低分辨率SEM圖；圖2是利用本發明方法制備出的多孔GaN微粒的低分辨率SEM3是利用本發明方法制備出的多孔AlN微粒的高分辨率SEM圖；圖4是利用本發明方法制備出的多孔GaN微粒的高分辨率SEM圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明提供一種利用去合金法制備多孔氮化鋁或氮化鎵微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制原料由A組份和B組份組成；A組份占整個原料的重量百分比為10 90% wt ；如果要制備多孔氮化鋁微粒A組份為工業純Al塊；B組份為工業純Mg塊、工業純 Li塊或工業純Ca粒中的一種，或任意兩種或三種以任意比例組成的混合物；如果要制備多孔氮化鎵微粒A組份為液體( ；B組份為工業純Mg塊、工業純Li 塊或工業純Ca粒中的一種，或任意兩種或三種以任意比例組成的混合物；步驟2，合金的熔煉和配制將配好的原料放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度小于或等于0. Iatm,且真空度越低越好，然后向反應爐中充入純度為99. 999%的高純氮氣，當反應爐內的氮氣壓強達到0. 7 1. fetm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以10°C / min 30°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到600 1100°C，然后在此溫度保溫15 50h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；
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步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用酸浸泡5 10小時，以去除其中 B組份合金的氮化物，留下A組份的氮化物，這樣就在粉末顆粒內的B組份氮化物位置留下孔洞，從而獲得了多孔A組份的氮化物結構；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；其中的酸為摩爾濃度為0. IM 2M的稀鹽酸或摩爾濃度為0. IM 2M稀硫酸；步驟6，干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于80 200°C干燥1 4小時，即可獲得了多孔AlN微粒或多孔GaN微粒。實施例1利用去合金法制備多孔氮化鋁微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取50g純度為99. 5%的Al塊和50g純度為99%的Mg塊，Al塊占整個原料的重量百分比為50% wt ；步驟2，合金的熔煉和配制將Al塊和Mg塊放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度為0. Iatm, 然后向反應爐中充入高純氮氣(氮氣的純度為99. 999% )，當反應爐內的氮氣壓強達到 0. 7atm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以10°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到600°C，然后在此溫度保溫50h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用0. 2M鹽酸浸泡7小時，以去除其中的B組份合金的氮化物，留下A組份的氮化物；這樣就在粉末顆粒內的B組份氮化物位置留下孔洞，從而獲得了多孔A組份的氮化物結構；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；步驟6，干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于100°C干燥3小時，即可獲得了多孔AlN 微粒。實施例2利用去合金法制備多孔氮化鎵微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取80g純度為99. 95 %的液體( 和20g純度為99. 95 %的Mg塊，液體( 占整個原料的重量百分比為80% wt ；步驟2，合金的熔煉和配制將( 液和Mg塊放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；
步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度為 0. 05atm，然后向反應爐中充入高純氮氣(氮氣的純度為99. 999%),當反應爐內的氮氣壓強達到latm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以10°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到750°C，然后在此溫度保溫30h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用0. IM硫酸浸泡10小時，以去除其中的B組份合金的氮化物，留下A組份的氮化物；這樣就在粉末顆粒內的B組份氮化物位置留下孔洞，從而獲得了多孔A組份的氮化物結構；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；步驟6，干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于150°C干燥1小時，即可獲得了多孔GaN 微粒。實施例3利用去合金法制備多孔氮化鋁微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取IOOg純度為99. 0%的Al塊和50g純度為99. 5%的Li塊，即Al塊占整個原料的重量百分比為66. 7% wt;步驟2，合金的熔煉和配制將Al塊和Li塊放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度為 0. Olatm，然后向反應爐中充入高純氮氣(氮氣的純度為99. 999%),當反應爐內的氮氣壓強達到1. fetm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以20°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到850°C，然后在此溫度保溫15h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用0. 8M鹽酸浸泡5小時，以去除其中的B組份合金的氮化物，留下A組份的氮化物；這樣就在粉末顆粒內的B組份氮化物位置留下孔洞，從而獲得了多孔A組份的氮化物結構；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；步驟6，干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于180°C干燥1. 5小時，即可獲得了多孔 AlN微粒。實施例4利用去合金法制備多孔氮化鎵微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取30g純度為99. 5%的液體( 和70g純度為98. 0%的Ca粒，即液體( 占整個原料的重量百分比為有30% wt ；步驟2，合金的熔煉和配制將( 液和Ca粒放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度為0. Iatm, 然后向反應爐中充入高純氮氣(氮氣的純度為99. 999% )，當反應爐內的氮氣壓強達到 0. 9atm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以30°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到950°C，然后在此溫度保溫17h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用0. 5M鹽酸浸泡5小時，以去除其中的B組份合金的氮化物，留下A組份的氮化物；這樣就在粉末顆粒內的B組份氮化物位置留下孔洞，從而獲得了多孔A組份的氮化物結構；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；步驟6，干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于200°C干燥1小時，即可獲得了多孔GaN 微粒。實施例5利用去合金法制備多孔氮化鋁微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取40g純度為99. 5%的Al塊、30g純度為99. 5%的Mg塊和30g純度為98. 0% 的Ca粒，即Al塊占整個原料的重量百分比為40% wt ；步驟2，合金的熔煉和配制將Al塊、Mg塊和Ca粒放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的
合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度為 0. 00Iatm，然后向反應爐中充入高純氮氣(氮氣的純度為99. 999%),當反應爐內的氮氣壓強達到latm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以10°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到1100°C，然后在此溫度保溫22h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用2M硫酸浸泡5小時，以去除其中的B組份合金的氮化物，留下A組份的氮化物；這樣就在粉末顆粒內的B組份氮化物位置留下孔洞，從而獲得了多孔A組份的氮化物結構；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；步驟6，干燥
將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于80°C干燥4小時，即可獲得了多孔AlN 微粒。實施例6利用去合金法制備多孔氮化鎵微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取80g純度為99. 95 %的液體Ga、IOg純度為99. 95 %的Mg塊和IOg純度為99 % 的Li塊，即( 液占整個原料的重量百分比為80% wt ；步驟2，合金的熔煉和配制將( 液、Mg塊和Li塊放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的
合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度為 0. 05atm，然后向反應爐中充入高純氮氣(氮氣的純度為99. 999%),當反應爐內的氮氣壓強達到latm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以30°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到900°C，然后在此溫度保溫25h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用IM鹽酸浸泡5小時，以去除其中的B組份合金的氮化物，留下A組份的氮化物；這樣就在粉末顆粒內的B組份氮化物位置留下孔洞，從而獲得了多孔A組份的氮化物結構；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；步驟6，干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于100°C干燥4小時，即可獲得了多孔GaN 微粒。實施例7利用去合金法制備多孔氮化鋁微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取90g純度為99. 95%的Al塊、4g純度為99. 5%的Mg塊、4g純度為99. 0%的 Li塊和2g純度為99. 0%的Ca粒，即Al塊占整個原料的重量百分比為90% wt ；步驟2，合金的熔煉和配制將Al塊、Mg塊、Li塊和Ca粒放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的合金；步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒；步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度為 0. Olatm，然后向反應爐中充入高純氮氣(氮氣的純度為99. 999%),當反應爐內的氮氣壓強達到latm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以20°C /min的加熱速度加熱合金粉末，使合金粉末的溫度達到800°C，然后在此溫度保溫20h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理；步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用0. IM鹽酸浸泡7小時，以去除其中的B組份合金的氮化物，留下A組份的氮化物；這樣就在粉末顆粒內的B組份氮化物位置留下孔洞，從而獲得了多孔A組份的氮化物結構；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品；步驟6，試樣的干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于180°C干燥2小時，即可獲得了多孔AlN 微粒。由圖1和圖2可以看出，利用本發明制備方法得到的AlN或GaN顆粒形狀為不規則狀，其顆粒粒徑大小在幾微米 幾百微米之間變化。由圖3和圖4可以看出，利用本發明制備方法得到的AlN或GaN顆粒內含有許多孔徑在幾百納米到幾十微米之間的孔。
權利要求
1.利用去合金法制備多孔氮化鋁或多孔氮化鎵微粒的方法，其特征在于，包括以下操作步驟步驟1，原料配制原料由A組份和B組份組成；A組份占整個原料的重量百分比為10 90% wt ； 如果要制備多孔氮化鋁微粒A組份為工業純Al塊；B組份為工業純Mg塊、工業純Li 塊或工業純Ca粒中的一種，或任意兩種或三種以任意比例組成的混合物；如果要制備多孔氮化鎵微粒A組份為液體( ；B組份為工業純Mg塊、工業純Li塊或工業純Ca粒中的一種，或任意兩種或三種以任意比例組成的混合物； 步驟2，合金的熔煉和配制將配好的原料放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐中熔煉成相應的合金； 步驟3，合金體的破碎把熔煉獲得的合金粉碎成粒徑為0. 01 Imm的顆粒； 步驟4，合金粉末的氮化把粉碎的合金粉末顆粒放入反應爐中，對反應爐抽真空，使爐內真空度小于或等于 0. latm，然后向反應爐中充入高純氮氣，當反應爐內的氮氣壓強達到0. 7 1. fetm，維持爐內的氮氣壓強保持不變，利用加熱爐以10°c /min 30°C /min的加熱速度加熱合金粉末， 使合金粉末的溫度達到600 1100°C，然后在此溫度保溫15 50h，在此保溫階段對合金粉末進行氮化處理； 步驟5，去合金化把氮化結束的合金粉末顆粒從反應爐中拿出，用酸浸泡5 10小時，以去除其中的B 組分合金的氮化物，留下A組分的氮化物；酸浸泡后抽濾得到粉末樣品； 步驟6，干燥將抽濾得到的粉末樣品在真空干燥箱中于80 200°C干燥1 4小時，即可獲得了多孔AlN微粒或多孔GaN微粒。
2.根據權利要求1所述的制備多孔氮化鋁或多孔氮化鎵微粒的方法，其特征在于所述步驟5中，用酸浸泡氮化結束的合金粉末顆粒，所述的酸為摩爾濃度為0. IM 2M的稀鹽酸或摩爾濃度為0. IM 2M稀硫酸。
全文摘要
本發明公開了一種利用去合金法制備多孔AlN或多孔GaN微粒的方法，先將配好的原料放入坩堝，然后連同坩堝一起放入加熱爐，進行合金的熔煉，再將合金進行破碎放入反應爐中，對反應爐抽真空并充入高純氮氣。當反應爐內的氮氣壓力達到一定壓力，加熱合金粉末到600～1100℃保溫氮化，把氮化結束的合金粉末顆粒，用酸浸泡，去除其中的B組分合金的氮化物，從而獲得了多孔的A組分的氮化物，即多孔AlN微粒或多孔GaN微粒。利用本發明方法制備出了孔直徑為約幾百納米到幾十微米、顆粒粒徑大小在幾微米～幾百微米數量級范圍內、比表面積可達100m2/g甚至更高的具有孔結構的多孔AlN或GaN微粒。
文檔編號C01B21/072GK102320582SQ20111015711
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者顏國君 申請人:西安理工大學