氧化镁纳米线网的制备方法与流程

本发明涉及氧化镁材料领域，特别是涉及一种氧化镁纳米线网的制备方法。

背景技术：

现有制备方法一，利用化学气相沉积法以氧化镁和石墨的混合粉末为反应原料，在1200℃高温和氩气作为保护气体条件下，碳热还原出高浓度的镁蒸气，然后通入氧气在nicl2溶液刻蚀的氧化镁(100)单晶衬底粗糙表面上无催化生产氧化镁纳米棒，现有技术一的缺点是氧化镁纳米棒的制备生长工艺方法非常复杂，采用的单晶衬底需要用溶液刻蚀来形成粗糙表面以促进纳米棒成核，而且氧化镁与石墨粉末的反应温度很高，这对设备的硬性要求非常高。除此之外，这种方法所生长制备的纳米棒数量很少，非常稀疏，长度也非常短(数百纳米)，这限制了氧化镁纳米棒材料的进一步应用。

现有制备方法二，利用二硼化镁粉末作为反应原料在硅片上气相沉积制备氧化镁纳米线，巧妙的将生长纳米线所需的温度降为800-900℃，二硼化镁粉末在800℃左右高温分解产生镁蒸气，在氩气作为保护气体的条件下与石英管中未排尽的氧气发生反应，在硅片上生长氧化镁纳米线。最后发现在保护气体氩气中混入一定比例的氢气所生长出来的纳米线型貌更佳，这是由于混入一定的氢气可以在较低温度下将氧化镁和二硼化镁进一步还原成镁蒸气，以提升石英管中镁蒸气浓度，改善纳米线的型貌特性。现有技术二的缺点是该方法所使用的反应二硼化镁粉末在高温下分解后，除了产生镁蒸气外，还会产生四硼化镁，这会导致纳米线的污染。而且在后续过程中，为了进一步改善纳米线型貌，在氩气中混入一定比例的氢气，这不但使得氧化镁纳米线的生长制备过程变得比较繁琐，而且还会使得实验的危险性增高。

现有制备方法三，利用镁条或者镁粉作为反应源，通入的保护气体氩气中混入一定比例的氧气或者氢气，在950-1000℃温度下使反应源气化后，在不同温度的硅片上来气相沉积制备氧化镁纳米材料。其中在氩气中混入一定氧气作为保护气体，在600-900℃硅片上制备出型貌结构较好的氧化镁纳米线。现有技术三的缺点是该方法使用镁条或者镁粉来作为反应的源材料，在较高的温度下，镁单质与气体反应非常剧烈，而且会释放出大量热量，这会使得实验的危险性急剧上升。除此之外，硅衬底的温度要严格保持在一定范围才能制备出氧化镁纳米线，对衬底温度要求较高，难于控制。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氧化镁纳米线网的制备方法，用于解决现有技术中氧化镁纳米线网制备的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氧化镁纳米线网的制备方法，包括如下步骤：

准备原材料，将盛有氮化镁纳米颗粒的盛具放置在封闭容器中，所述封闭容器中为有氧环境，且所述封闭容器包括通风系统和加热系统，将氧化镁纳米颗粒均匀涂覆在衬底的上表面上并干燥，将衬底下表面朝向下放置在石英舟上；

部分抽走所述封闭容器中的氧气或者空气；

将温度升到反应温度，在所述反应温度下开通通风系统使得惰性气体流通，进行恒温生长；

冷却，关闭通气系统和加热系统并让所述封闭容器冷却。

可选的，所述氧化镁纳米颗粒的粒度为20nm-50nm。

可选的，所述氧化镁纳米颗粒通过旋涂工艺均匀涂覆在衬底的上表面上。

可选的，将氧化镁粉末与无水乙醇混合制备成浓度为0.005-0.008g/mol的纳米氧化镁颗粒混合溶液，静置，将纳米氧化镁颗粒混合溶液滴入到衬底上，然后将衬底放在匀胶机上旋涂均匀。

可选的，所述氮化镁纳米颗粒和所述氧化镁纳米颗粒的质量比为2：1。

可选的，所述反应温度为900-1000℃。

可选的，部分抽走所述封闭容器中的氧气或者空气，让密封容器内的压强在1-3pa之间。

可选的，将温度升到反应温度，在所述反应温度下通入惰性气体，控制密封容器内的压强稳定在10-30kpa之间，。

可选的，进行恒温生长的时间大于30min。

可选的，所述衬底包括硅片、石英片或者蓝宝石片。

如上所述，本发明的氧化镁纳米线网的制备方法，至少具有以下有益效果：

本发明通过将氮化镁作为反应的源材料，在背向反应源石英舟的均匀涂有一层氧化镁纳米颗粒衬底上直接生长氧化镁纳米线网材料，这种方法不仅降低了氧化镁纳米线材料的生长温度和实验的危险性，还可以防止生长氧化镁纳米线网被其他附生物质所污染。除此之外，还简化了氧化镁纳米线材料的制备工艺过程以及实验的昂贵成本，实现了较大面积的选择性生长氧化镁纳米线网。

附图说明

图1显示为本发明的氧化镁纳米线网的sem图。

图2显示为本发明的氧化镁纳米线网倍率放大以后的sem图。

图3显示为本发明的氧化镁纳米线网的xrd图。

图4显示为本发明的氧化镁纳米线网的eds图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

术语解释

sem是扫描电镜的简称，其是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。目前的扫描电镜都配有x射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析，因此它是当今十分有用的科学研究仪器。

xrd即x-raydiffraction的缩写，中文翻译是x射线衍射，通过对材料进行x射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。用于确定晶体的原子和分子结构。其中晶体结构导致入射x射线束衍射到许多特定方向。通过测量这些衍射光束的角度和强度，晶体学家可以产生晶体内电子密度的三维图像。根据该电子密度，可以确定晶体中原子的平均位置，以及它们的化学键和各种其他信息。

eds英文全称：energydispersivespectroscopy

原理：利用不同元素的x射线光子特征能量不同进行成分分析。

与wds(波谱仪)相比，eds(能谱仪)具有以下优缺点：优点:

(1)能谱仪探测x射线的效率高。

(2)在同一时间对分析点内所有元素x射线光子的能量进行测定和计数，在几分钟内可得到定性分析结果，而波谱仪只能逐个测量每种元素特征波长。

(3)结构简单，稳定性和重现性都很好。

(4)不必聚焦，对样品表面无特殊要求，适于粗糙表面分析。

缺点：

(1)分辨率低.

(2)能谱仪只能分析原子序数大于11的元素；而波谱仪可测定原子序数从4到92间的所有元素。

(3)能谱仪的si(li)探头必须保持在低温态，因此必须时时用液氮冷却。

本实施例中，本方案提供一种氧化镁纳米线网的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将盛有粒度为20nm-50nm的氮化镁纳米颗粒的盛具放置在封闭容器中，封闭容器可以是高温管式炉，所述氧化镁纳米颗粒的粒度具体可以为20nm、25nm、27nm、30nm、32nm、40nm、45nm、50nm等，所述封闭容器中有氧气，且所述封闭容器包括通风系统和加热系统，将氧化镁纳米颗粒均匀涂覆在衬底的上表面上并干燥，将衬底下表面朝向下放置在石英舟上；

第二步，部分抽走所述封闭容器中的氧气让密封容器内的压强在1-3pa，此时密封容器内的压强具体可以为1pa、1.1pa、1.5pa、2pa、2.5pa、3pa等；

第三步，将温度升到反应温度，在反应温度下开通通风系统使得惰性气体流通，进行恒温生长，反应温度的范围在900-1000℃，具体可以为900℃、910℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、1000℃等。

第四步，关闭通气系统和加热系统并让所述封闭容器冷却。冷却的方式可以是自然冷却也可以是主动冷却。

容器内的真空抽至1-3pa，这样可以保证容器中存在非常稀薄的氧气，可以在反应中极大的减缓氧气与镁的剧烈反应过程。从而保证衬底上纳米线材料具有很好的型貌特征。如果容器内的氧气浓度太高，将会使得氧气与镁蒸气剧烈反应形成的mgo，在衬底上大量沉积mgo材料，从而使得材料很难保证良好的型貌特征，甚至会出现成膜的情况，无法形成纳米线结构；再者，容器内氧气浓度太低，会使得无法形成足够的mgo，导致衬底上只会出现mgo纳米颗粒，无法进一步取向生长形成纳米线。

通入的惰性气体的同时，通过真空泵还是需要不停的排出气体，这样可以使容器内的压强调节稳定至材料生长最适条件，而且这种不断的通气和抽气过程可以较好的保证实验中产生的气体源材料可以均匀的流向衬底，并形成疏密均匀的纳米材料。

本实施例中，本方案提供一种氧化镁纳米线网的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将盛有粒度为20nm-50nm的氮化镁纳米颗粒的盛具放置在封闭容器中，封闭容器可以是高温管式炉，所述氧化镁纳米颗粒的粒度具体可以为20nm、25nm、27nm、30nm、32nm、40nm、45nm、50nm等，所述封闭容器中有空气，且所述封闭容器包括通风系统和加热系统，将氧化镁纳米颗粒均匀涂覆在衬底的上表面上并干燥，将衬底下表面朝向下放置在石英舟上；

第二步，部分抽走所述封闭容器中的空气让密封容器内的压强在1-3pa，此时密封容器内的压强具体可以为1pa、1.1pa、1.5pa、2pa、2.5pa、3pa等；

第三步，将温度升到反应温度，在反应温度下开通通风系统使得惰性气体流通，进行恒温生长，反应温度的范围在900-1000℃，具体可以为900℃、910℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、1000℃等。

第四步，关闭通气系统和加热系统并让所述封闭容器冷却。冷却的方式可以是自然冷却也可以是主动冷却。

容器内的真空抽至1-3pa，这样可以保证容器中存在非常稀薄的氧气，可以在反应中极大的减缓氧气与镁的剧烈反应过程。从而保证衬底上纳米线材料具有很好的型貌特征。如果容器内的氧气浓度太高，将会使得氧气与镁蒸气剧烈反应形成的mgo，在衬底上大量沉积mgo材料，从而使得材料很难保证良好的型貌特征，甚至会出现成膜的情况，无法形成纳米线结构；再者，容器内氧气浓度太低，会使得无法形成足够的mgo，导致衬底上只会出现mgo纳米颗粒，无法进一步取向生长形成纳米线。

通入的惰性气体的同时，通过真空泵还是需要不停的排出气体，这样可以使容器内的压强调节稳定至材料生长最适条件，而且这种不断的通气和抽气过程可以较好的保证实验中产生的气体源材料可以均匀的流向衬底，并形成疏密均匀的纳米材料。

本实施例中，将氧化镁粉末与无水乙醇混合制备成浓度为0.005-0.008g/mol的纳米氧化镁颗粒混合溶液，静置，将纳米氧化镁颗粒混合溶液滴入到衬底上，均匀涂覆并干燥。

本实施例中，所述氧化镁纳米颗粒通过旋涂工艺均匀涂覆在衬底的上表面上。

本实施例中，将氧化镁粉末与无水乙醇混合制备成浓度为0.005-0.008g/mol的纳米氧化镁颗粒混合溶液，静置，将纳米氧化镁颗粒混合溶液滴入到衬底上，然后将衬底放在匀胶机上旋涂均匀。

本实施例中，具体的可选的，将0.15-0.20g氧化镁粉末与5-8ml无水乙醇混合超声3-5min后，氧化镁粉末具体可以为0.15g、0.17g、0.18g、0.20g等，无水乙醇具体可以为5ml、6ml、6.5ml、7ml、8ml等，超声的时间具体可以为3min、3.5min、4min、5min等，静置，将混合的溶液滴入到衬底上，然后将衬底放在转速为2000-3000转/分钟的匀胶机上实现旋涂均匀。

本实施例中，所述氮化镁纳米颗粒和所述氧化镁纳米颗粒的质量比为2：1。

本实施例中，将温度升到反应温度，在所述反应温度下通入惰性气体，控制密封容器内的压强稳定在10-30kpa之间，具体可以为10kpa、15kpa、20kpa、22kpa、25kpa、27kpa、30kpa等。

本实施例中，进行恒温生长的时间大于30min，具体可以为30min、40min、50min、60min、70min等。

本实施例中，所述衬底包括硅片、石英片或者蓝宝石片等。当衬底为硅片时，其表面比较粗糙，这非常有利于氧化镁气体在衬底上成核，逐渐生长出氧化镁纳米线网。

本方案所生长的氧化镁纳米线网材料的部分表征示意图如图1和图4所示，从图1中可以看出生长出的纳米线网保持着很好的型貌特征，生长的纳米线较密，而且纳米线比较长。在图2中，电镜倍率放大后，可以清晰的看见纳米线网下面的氧化镁颗粒。随着氧化镁气体逐渐在上面成核，氧化镁纳米颗粒逐渐变大，并且在颗粒上会沿着某个晶体取向优先生长出氧化镁纳米线材料。在图3中，经过x射线衍射分析(xrd)，可以证实生长的材料为氧化镁纳米线，而且纳米线的(200)晶面衍射峰值强度远高于(111)晶面，可以判断氧化镁纳米线沿着[100]晶向优先生长，具有一定的晶体取向。在图4中，通过元素能谱分析(eds)，进一步证实所生长的纳米线材料为氧化镁纳米线材料。

综上所述，本方案通过将氮化镁作为反应的源材料，在背向反应源石英舟的均匀涂有一层氧化镁纳米颗粒衬底上直接生长氧化镁纳米线网材料，这种方法不仅降低了氧化镁纳米线材料的生长温度和实验的危险性，还可以防止生长氧化镁纳米线网被其他附生物质所污染。除此之外，还简化了氧化镁纳米线材料的制备工艺过程以及实验的昂贵成本，实现了较大面积的选择性生长氧化镁纳米线网。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。