专利名称：一种CuO纳米线的制作方法
技术领域：
本发明属于纳米材料领域，涉及一种P型单晶CuO半导体纳米线的制作方法。
背景技术：
氧化铜(CuO)纳米线是一种本征ρ型窄带隙半导体材料，带隙介于1. 2 1. 9eV 之间，具有很好的催化性质及光吸收系数，也是一种很好的气体和湿度传感材料。自从 2002年人们在实验室制备出双晶CuO纳米线以来[Xuchuan Jiang, et a 1. Nano Lett., 2 (2002) 1333]，已经有多种CuO半导体纳米线的制备方法。这些方法主要可以概括为一、室温下的液-固(liquid-solid)化学生长法，如 Akrajas All Umar，et al. Cryst. Growth Des.，7 (2007) M04。这种方法是用醋酸铜和氨水混合液，通过液-固生 长反应得到CuO纳米种晶，随后通过控制生长溶液里的前躯体浓度来生长CuO纳米线。这 种方法需要对参加反应物质的用量和反应过程进行精确控制，如有偏差就会影响CuO纳米 线的质量。二、用模板自催化生长法，如 Chien-Te Hsieh, et al. Appl. Phys. Lett.， 82 000；3)3316。这种方法是用聚碳酸脂膜作为模板，在硫酸铜溶液中通过高压电场沉积铜 核，然后通过氧气气氛下的热处理使铜核可以转变为CuO纳米线，这种方法制备条件要求 较高，需要高压电场。三、沉积铜纳米晶层，然后高温加热生长CuO纳米针，如Yueli Liu, et al. J. Phys. Chem. C，111 (2007)5050。这种方法制备得到的纳米线直径不均勻，且需要1000°C高温才能得到。
发明内容
针对以上提到的制备CuO半导体纳米线的技术缺点，本发明提供一种方法简单， 成本低廉且生长数量、直径和长度可控的单晶CuO纳米线的制作方法。本发明所述的CuO 纳米线的制备方法包括以下步骤一种CuO纳米线的制作方法，其特征在于包括以下制作 步骤①将铜片在乙醇和丙酮的混合液中超声清洗；随后将清洗干净的铜片放入稀盐酸中 浸泡后取出，冲洗后将铜片自然晾干；②将晾干后的铜片放置在石英片上，然后将铜片连同 石英片在空气中恒温加热2 6小时，其温度为恒定在400°C 700°C之间的任一温度；③ 加热完成后，将铜片和石英片迅速冷却至室温，铜片表面长出CuO纳米线。步骤②中，纳米线的生长温度恒定在400°C 700°C之间的任一温度，温度的误差 控制在士 10°C范围内。步骤③中，冷却过程中，需要将石英片连同最后得到的长出CuO纳米线的铜片一 起转移至一个吸热均勻的基底上迅速降至室温。生长的CuO纳米线的长度、直径和在铜片上生长的数量可通过步骤②中加热时间 和温度的改变来控制。加热温度越高，生长的CuO纳米线数量越少，直径越粗，长度越长。步骤①所述的乙醇-丙酮混合液是乙醇丙酮体积比1 1的混合液；稀盐酸水溶液的浓度为0. 5 1. Omol/L的。步骤①中所述的超声清洗时间为1 5分钟；稀盐酸中浸泡时间为1 3分钟；浸 泡后的冲洗是采用清水(如去离子水)冲洗1 3分钟。步骤①中所述的超声频率为10K-20KHZ范围。步骤①中所用铜箔纯度为99.9%。与其他生长CuO纳米线的技术方法相比，本发明具有以下优点1、制作单晶CuO纳米线的面积可通过铜片面积的大小而改变，所制得的CuO纳米 线为无缺陷的单晶，且长度，直径分布均勻。2、可以利用加热时间和温度的改变控制CuO纳米线的长度、直径和在铜片上的生 长数量，所得到的CuO纳米线具有垂直于铜片基底表面且有序排列的优点。3、制备所要求的设备简单，常用的加热设备就可制备，制作方法安全，成本低廉。
图1 :CuO纳米线的制作过程示意图。其中1表示铜片，2表示石英片，3表示电炉，4表示CuO纳米线。图2 在500士 10°C、不同生长时间生长出的CuO纳米线的扫描电子显微镜(SEM)图(a) 5分钟，(b) 10分钟，(C) 30分钟，(d) 1小时，(e)3小时，(f)4小时。图3 在500士 10°C、4小时生长的CuO纳米线的单根SEM图。图4 在500士 10°C、4小时生长的CuO纳米线的透射电子显微镜(TEM)图。
具体实施例方式本发明提供了一种CuO纳米线的制作方法，其包括以下步骤①将铜片1在乙醇和丙酮的混合液中超声清洗1 5分钟，然后用去离子水或纯 净水清洗干净。随后将铜片1放入稀盐酸中浸泡1 3分钟后取出，用去离子水或纯净水 冲洗1 3分钟。随后取出铜片1自然晾干。②将清洗晾干后的铜片1放置在石英片2上，然后将其转移到温度恒定在400 700°C范围内某一温度下的加热电炉3上，在空气中恒温加热2 6小时。③加热完成后，迅速冷却至室温，铜片1表面长出CuO纳米线4。实施例1.把纯度为99. 9%的铜片剪成大小约为IOmmX20mmX0. 5mm(宽X长X厚)的 铜片(1)，将铜片(1)在乙醇和丙酮的混合液(体积比1 1)中超声清洗3分钟，然后用去 离子水或纯净水清洗干净后放入20mL的浓度为lmol/L的稀盐酸中浸泡3分钟，之后取出 来再在去离子水或纯净水中反复冲洗3分钟，随后自然晾干。2.将清洗晾干后的铜片1放置在厚度约为2mm的石英片2上，然后将其转移到温 度控制在500°C的加热电炉3上，在空气中恒温加热3小时。3.加热完成后，将石英片连同样品一起迅速降至室温，便可在铜片1表面得到CuO 纳米线4。为了说明通过本发明所制得的CuO纳米线的特点，扫描电子显微镜(SEM)和透射 电子显微镜(TEM)图用于表征CuO纳米线的形貌。为了说明CuO纳米线的生长随时间的变化，将样品在500°C条件下不同时间的表面形貌图示于图2中。图2(a) (f)的生长时间 分别为5分钟、10分钟、30分钟、1小时、3小时和4小时。图3是单根CuO纳米线的SEM图。 图4是单根CuO纳米线的TEM图。
权利要求
1.一种CuO纳米线的制作方法，其特征在于包括以下制作步骤①将铜片在乙醇和丙 酮的混合液中超声清洗；随后将清洗干净的铜片放入稀盐酸中浸泡后取出，冲洗后将铜片 自然晾干；②将晾干后的铜片放置在石英片上，然后将铜片连同石英片在空气中恒温加热 2 6小时，其温度为恒定在400°C 700°C之间；③加热完成后，将铜片和石英片冷却至室 温，铜片表面长出CuO纳米线。
2.根据权利要求1所述的CuO纳米线的制作方法，其特征在于在步骤②中，纳米线的生 长温度恒定在400°C 700°C之间，温度的误差控制在士 10°C范围内。
3.根据权利要求1所述的CuO纳米线的制作方法，其特征在于在步骤③中，冷却过程 中，将石英片连同最后得到的长出CuO纳米线的铜片一起转移至一个吸热均勻的基底上快 速降至室温。
4.根据权利要求1所述的CuO纳米线的制作方法，其特征在于生长的CuO纳米线的长 度、直径和在铜片上生长的数量可通过步骤②中加热时间和温度的改变来控制。
5.根据权利要求1所述的CuO纳米线的制作方法，其特征在于步骤①所述的乙醇-丙 酮混合液是乙醇丙酮体积比1 1的混合液；稀盐酸水溶液的浓度为0. 5 1. Omol/L。
6.根据权利要求1所述的CuO纳米线的制作方法，其特征在于步骤①中所述的超声清 洗时间为1 5分钟；稀盐酸中浸泡时间为1 3分钟；浸泡后的冲洗是采用清水冲洗1 3分钟。
7.根据权利要求1所述的CuO纳米线的制作方法，其特征在于步骤①中所述的超声频 率为10K-20KHz范围。
8.根据权利要求1所述的CuO纳米线的制作方法，其特征在于步骤①中所用铜箔纯度 为 99. 9%。
全文摘要
本发明属于纳米材料领域，涉及一种氧化铜(CuO)纳米线的制作方法，其特征包括以下步骤(1)将铜片进行表面清洁处理；(2)将处理好的铜片放置于石英玻璃上，随后将其置于温度在400～700℃范围内的加热电炉上，在空气中加热2～6小时生长出CuO纳米线；(3)将生长好的CuO纳米线迅速冷却至室温。本发明的方法得到的CuO纳米线具有直径均匀、长度较长，垂直于铜片基底表面有序排列的优点。
文档编号C30B29/16GK102051675SQ201010526050
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者李宝军, 王鹏, 赵新宏 申请人:中山大学