专利名称：一种在硅基底上生长单晶铁纳米线的方法
技术领域：
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种在硅基底上生长铁纳米线的方法。
背景技术：
铁纳米线是由铁原子形成的直径小，长度大的一维结构。铁纳米线由于兼具纳米材料尺寸上的特性和铁元素的磁性，可以用于制备超高密度磁性存储器件、磁性探测器、微型马达等等，并在作为制备硅纳米线的催化剂方面，有着广泛的应用。
目前实现生长磁性纳米结构的方法主要为溅射法、化学气相沉积法、电镀法和闪急蒸发法等。这些方法在生长纳米材料的时候温度较高，并且操作较为复杂，有些甚至耗时较长，因此这种直接蒸发方法相比较之下具有很大的优势。
本发明使用铁丝为蒸发源，实现了在较低温度下直接生长单晶铁纳米线。
发明内容
本发明的目的是提供在较低温度下的一种在硅基底上生长铁纳米线的方法。其特征在于该方法为直接蒸发法，通过控制蒸发电流、蒸发时间和钟罩内气压，在硅基底上得到铁纳米线。
其制备方法包括以下步骤(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(001)或(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封；(2)开启机械泵，使系统气压达到10Pa以下；(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到20～35安培，加热铁丝进行蒸发；(4)蒸发1～5分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程；(5)继续抽真空至材料自然冷却至室温；(6)关闭机械泵，钟罩内外通气，开钟罩取出材料并保存。
本发明的有益效果是本发明使用铁丝为蒸发源的直接蒸发方法克服了现有方法在生长纳米材料的时候温度较高，并且操作较为复杂，有些甚至耗时较长的缺陷，实现了在较低温度下直接生长单晶铁纳米线。因此相比较之下具有很大的优势。
图1为在硅基底上沉积的铁纳米线的SEM图像。
图2为在硅基底上沉积铁纳米线的HRTEM图像。
具体实施例方式
本发明的目的是提供在较低温度下的一种在硅基底上生长铁纳米线的方法。其特征在于该方法为直接蒸发法，通过控制蒸发电流、蒸发时间和钟罩内气压，在硅基底上得到铁纳米线。
其制备方法包括以下步骤(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(001)或(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封；(2)开启机械泵，使系统气压达到10Pa以下；(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到20～35安培，加热铁丝进行蒸发；(4)蒸发1～5分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程；(5)继续抽真空至材料自然冷却至室温；(6)关闭机械泵，钟罩内外通气，开钟罩取出材料并保存。
下面的实施例旨在举例说明本发明，而不是要以任何方式限制本发明。
实施例1(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封。
(2)开启机械泵，使系统气压达到5Pa。
(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到20安培，加热铁丝进行蒸发。
(4)蒸发5分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程。
(5)继续抽真空至材料自然冷却至升温。
(6)关闭机械泵，钟罩内外通气，开钟罩取出材料并保存。
实施例2(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封。
(2)开启机械泵，使系统气压达到3Pa。
(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到35安培，加热铁丝进行蒸发。
(4)蒸发4分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程。
后面步骤与实施例1相同。
实施例3(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封。
(2)开启机械泵，使系统气压达到7Pa。
(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到30安培，加热铁丝进行蒸发。
(4)蒸发1分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程。
后面步骤与实施例1相同。
实施例4(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封。
(2)开启机械泵，使系统气压达到5Pa。
(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到30安培，加热铁丝进行蒸发。
(4)蒸发5分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程。
后面步骤与实施例1相同。
实施例5(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封。
(2)开启机械泵，使系统气压达到4Pa。
(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到25安培，加热铁丝进行蒸发。
(4)蒸发3分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程。
后面步骤与实施例1相同。
实施例6(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封。
(2)开启机械泵，使系统气压达到6Pa以下。
(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到35安培，加热铁丝进行蒸发。
(4)蒸发1分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程。
后面步骤与实施例1相同。
实施例7(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上。将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封。
(2)开启机械泵，使系统气压达到2Pa以下。
(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到25安培，加热铁丝进行蒸发。
(4)蒸发2分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程。
后面步骤与实施例1相同。
上面各实施例得到的铁纳米线形貌如图1和图2所示。
权利要求
1.一种在硅基底上生长铁纳米线的方法，其特征在于该方法为直接蒸发法，通过控制蒸发电流、蒸发时间和钟罩内气压，在硅基底上得到铁纳米线；其制备方法包括以下步骤(1)将铁丝做成螺旋，接在电极上，将(001)或(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干后，固定于铁丝螺旋上方，落下钟罩密封；(2)开启机械泵，使系统气压达到10Pa以下；(3)当钟罩内气压达到上述步骤(2)中的目标气压后，接通电源，调节变压器，使通过铁丝螺旋的电流达到20～35安培，加热铁丝进行蒸发；(4)蒸发1～5分钟，将变压器调至零，切断电源，结束蒸发过程；(5)继续抽真空至材料自然冷却至室温；(6)关闭机械泵，钟罩内外通气，开钟罩取出材料并保存。
全文摘要
本发明公开了属于纳米材料制备技术领域的一种在硅基底上生长铁纳米线的方法。所用方法为直接蒸发法，原料为铁丝。制备时，首先将铁丝和洁净的硅基底置于真空钟罩中，使钟罩内气压达到10Pa以下。随后给铁丝通电加热，使之蒸发，几分钟后停止通电，此过程中须利用机械泵维持真空度。反在结束后，须保持抽真空状态直至铁丝和材料自然冷却，以免材料被氧化。此方在硅基底上得到单晶铁纳米线的制备工艺操作简单，所用时间短。在制造高密度存储材料和催化剂等方面具有广泛的应用前景。
文档编号C30B29/62GK1769544SQ20041008842
公开日2006年5月10日 申请日期2004年11月2日 优先权日2004年11月2日
发明者张政军, 潘春雨 申请人:清华大学