专利名称：一种射频等离子体增强cvd法制备氧化镁纳米带的方法
技术领域：
本发明涉及氧化镁纳米带的制备方法，特別是ー种射频等离子体增强化学气相沉积法(CVD)制备氧化镁纳米带的方法。
背景技术：
ー维纳米材料由于其独特的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应，具有不同于常规材料的电学、热学和力学等新特性。纳米结构的氧化镁与纳米粉体相比较具有更好的结晶度，尤其是其高硬度、高熔点、独特的帯状和网状纳米结构等特性使其在耐高温材料、 陶瓷绝缘材料及催化剂载体等领域的应用越来越受到人们的关注。近年来，制备氧化镁纳米带已有较多报道。^iang等通过在氧气中加热MgCl2制备出了纯度较高的氧化镁纳米带[Appl. Phys. A，2001，73 :773-775]；陈晨等基于MgCO3 · 3H20 的定向生长特性，用氨水与碳酸铵双沉淀剂共沉淀化学合成途径，首先合成了 MgCO3 · 3H20 纳米带结构，然后经煅烧大量合成了氧化镁纳米带[无机化学学报，2005，21(6) 859-862] ；Ma等先用金属镁在650°C的N2中蒸发形成Mg3N2前驱物，然后Mg3N2在800°C的 N2和O2气氛中分解并形成氧化镁纳米带[Chemical Physics Letters，2003，370 (5-6) 770-773]。但是由于生产エ艺和生产成本等原因，目前氧化镁纳米带产业化还难以实现，制备出大量纯度较高的纳米氧化镁将有重要的意义。用射频等离子体增强化学气相沉积系统制备氧化镁纳米带具有速度快，エ艺简单等优点。此方法制备的氧化镁纳米带有望在电子、催化、陶瓷、电绝缘材料及耐高温材料等领域发挥巨大的作用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种射频等离子体增强化学气相沉积法制备氧化镁纳米带的方法，该方法エ艺简单、制备速度快，有利于实现产业化。本发明的技术方案—种射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，步骤如下1)将Mg (NO3) 2 · 6H20晶体和Ni (NO3) 2 · 6H20晶体溶解于无水乙醇中制得混合溶液作为前驱物；2)将上述混合溶液均勻喷洒在衬底上，在50-100°C温度下烘干后，置于射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)设备真空室的样品台上；3)关闭真空室并抽真空，当腔内压强小于0. IPa吋，向真空室通入保护气体和氢气，保护气体流量为lO-lOOmL/min，氢气流量为20_200mL/min，当压强达到100-20001 时， 将样品台在温度为700-1200°C条件下加热0. 5-2小吋，使衬底上的前驱物分解并形成MgO 禾ロ NiO ；4)施加50-500W的射频功率，在氢等离子体作用下，将NiO还原为Ni纳米金属颗粒，反应时间为0. 5-2小吋，即可制得氧化镁纳米帯。
所述混合溶液中Mg (NO3) 2和Ni (NO3) 2的摩尔比为ト10 1，Mg (NO3) 2的摩尔浓度为 0. 05-2mol/mし所述衬底为Si、玻璃、石英或铜。所述保护气体为氩气或氦气。本发明的技术分析射频等离子体增强化学气相沉积法是通过加热衬底使前驱物混合溶液分解，施加射频功率后，分解物被氢气和保护气体形成的高温等离子体还原，形成氧化镁纳米带。相比于已报道的用化学气相沉积法及其他方法制备氧化镁纳米带来说，制备速率快，エ艺步骤简化。本发明的优点是采用易溶于乙醇并可在低温下易分解的硝酸镁和硝酸镍混合溶液作为前驱物，用射频等离子体增强化学气相沉积系统获得氧化镁纳米结构，制备的氧化镁纳米结构包括矩形帯状结构、交叉的网状纳米结构和T形结构等，结晶性较好，尤其是网状纳米结构在交叉处的生长晶向发生变化，显示出一定的弾性形变性；该方法エ艺简单、易于实施，有利于实现产业化，可广泛应用于电子、催化、陶瓷、电绝缘材料及耐高温材料等领域。
图1为实施例1的エ艺条件下制备的氧化镁纳米带的TEM图。图2为实施例1的エ艺条件下制备的氧化镁纳米带的HRTEM图。图3为实施例2的エ艺条件下制备的氧化镁纳米带的TEM图。图4为实施例2的エ艺条件下制备的氧化镁纳米带的EDS图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作详细说明，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。实施例中所用的制备氧化镁纳米带的射频等离子体增强化学气相沉积设备 (RF-PECVD)是中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司生产的PECVD400型高真空单靶高温镀膜设备。实施例1 一种射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，步骤如下1)将13gMg (NO3) 2 ·6Η20晶体和14. 5g Ni (NO3) 2 ·6Η20晶体溶解于无水乙醇中制得混合溶液作为前驱物，配成Mg (NO3) 2和Ni (NO3) 2的浓度均为0. 5mol/L,Mg (NO3) 2与Ni (NO3) 2 摩尔比为1 1的混合溶液；2)将上述混合溶液均勻喷洒在Si衬底上，在80°C温度下烘干后，置于射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)系统真空室的样品台上；3)关闭真空室并抽真空，当腔内压强小于0. IPa吋，向真空室通入氩气和氢气，其中氩气流量为20mL/min，氢气流量为120mL/min，当压强达到10001 吋，将样品台加热0. 5 小吋，加热温度为1050°C，使衬底上的前驱物分解并形成MgO和NiO ；4)施加150W的射频功率，在氢等离子体作用下，将NiO还原为Ni纳米金属颗粒， 由于Mg原子的活性比H原子强，无法用氢等离子体把MgO还原成Mg，反应时间为0. 5小吋，形成氧化镁纳米带。图1为该工艺条件下制备的氧化镁纳米带的TEM照片，图中显示制备的纳米氧化镁多为矩形结构，宽度为30-70nm，长度约为l-2nm，也有少量的交叉网状结构出现。图2为该工艺条件下制备的氧化镁纳米带的HRTEM照片，图中显示制备的氧化镁纳米带结晶性良好，该晶面间距为021nm，是对应于MgO的面心立方体的Q00)晶面。实施例2:一种射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，步骤如下1)将 7. 68g Mg (NO3) 2 · 6H20 晶体和 2. 91g Ni (NO3) 2 · 6H20 晶体溶解于无水乙醇中制得混合溶液作为前驱物，配成Mg(NO3)2的浓度为0. 3mol/L, Mg(NO3)2与Ni (NO3)2摩尔比为3 1的混合溶液；2)将上述混合溶液均勻喷洒在玻璃衬底上，在60°C温度下烘干后，置于射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)系统真空室的样品台上；3)关闭真空室并抽真空，当腔内压强小于0. IPa时，向真空室通入氦气和氢气，其中氩气流量为lOmL/min，氢气流量为SOmL/min，当压强达到1200Pa时，将样品台加热1小时，加热温度为850°C，使衬底上的前驱物分解并形成MgO和NiO ；4)施加300W的射频功率，在氢等离子体作用下，将NiO还原为Ni纳米金属颗粒， 由于Mg原子的活性比H原子强，无法用氢等离子体把MgO还原成Mg，反应时间为1小时，形成氧化镁纳米带。图3为该工艺条件下制备的氧化镁纳米带的TEM照片，图中显示制备的纳米氧化镁为矩形结构，宽度约为20 70nm，同时形成了交叉网状结构，其中存在少量的镍颗粒。图4为该工艺条件下制备的氧化镁纳米带的EDS图，图4与图3相对应，图中显示 该纳米结构是由O和Mg元素构成的，且相应的原子比约为1 1，仅含有少量的Ni杂质，说明该条件下制备出了质量较好的氧化镁纳米带。实施例3 一种射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，步骤如下1)将 25. 6g Mg(NO3)2 · 6H20 晶体和 2. 91g Ni (NO3)2 · 6H20 晶体溶解于无水乙醇中制得混合溶液作为前驱物，配成Mg (NO3) 2的浓度为lmol/L，Mg (NO3) 2与Ni (NO3) 2摩尔比为 10 1的混合溶液；2)将上述混合溶液均勻喷洒在铜衬底上，在90°C温度下烘干后，置于射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)系统真空室的样品台上；3)关闭真空室并抽真空，当腔内压强小于0. IPa时，向真空室通入氩气和氢气，其中氩气流量为15mL/min，氢气流量为lOOmL/min，当压强达到9001 时，将样品台加热0. 5 小时，加热温度为950°C，使衬底上的前驱物分解并形成MgO和NiO ；4)施加200W的射频功率，在氢等离子体作用下，将NiO还原为Ni纳米金属颗粒， 由于Mg原子的活性比H原子强，无法用氢等离子体把MgO还原成Mg，反应时间为1小时，形成氧化镁纳米带。经过实验确证，本发明通过控制制备条件如控制气体流量，衬底温度，反应压强， 射频功率与反应时间等工艺条件，以及通过调配溶液浓度与比例等，可以制备出大量纯度较高的氧化镁纳米带。
权利要求
1.一种射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，其特征在于步骤如下1)将Mg(NO3)2· 6H20晶体和Ni (NO3)2 · 6H20晶体溶解于无水乙醇中制得混合溶液作为前驱物；2)将上述混合溶液均勻喷洒在衬底上，在50-100°C温度下烘干后，置于射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)设备真空室的样品台上；3)关闭真空室并抽真空，当腔内压强小于0.IPa吋，向真空室通入保护气体和氢气， 保护气体流量为lO-lOOmL/min，氢气流量为20-200mL/min，当压强达到100-20001 时，将样品台在温度为700-1200°C条件下加热0. 5-2小吋，使衬底上的前驱物分解并形成MgO和 NiO ；4)施加50-500W的射频功率，在氢等离子体作用下，将NiO还原为M纳米金属颗粒，反应时间为0. 5-2小吋，即可制得氧化镁纳米帯。
2.根据权利要求1所述射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，其特征在于所述混合溶液中Mg(NO3)2和Ni (NO3)2的摩尔比为1-10 1，Mg(NO3)2的摩尔浓度为 0.05-2mol/mし
3.根据权利要求1所述射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，其特征在于所述衬底为Si、玻璃、石英或铜。
4.根据权利要求1所述射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，其特征在于所述保护气体为氩气或氦气。
全文摘要
一种用射频等离子体增强CVD法制备氧化镁纳米带的方法，以硝酸镁和硝酸镍混合溶液作为前驱物，将此混合液滴在硅、玻璃等衬底上，烘干后置于射频等离子体增强化学气相沉积设备腔内的沉积台上，加热分解，然后被保护气体和氢气在射频作用下形成的高温等离子体还原，形成氧化镁纳米带。本发明的优点是制备的氧化镁纳米结构包括矩形带状结构、交叉的网状纳米结构和T形结构等，结晶性较好，尤其是网状纳米结构在交叉处的生长晶向发生变化，显示出一定的弹性形变性；该方法工艺简单、易于实施，有利于实现产业化，可广泛应用于电子、催化、陶瓷、电绝缘材料及耐高温材料等领域。
文档编号C23C16/40GK102534571SQ20121005353
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月3日 优先权日2012年3月3日
发明者曲长庆, 李明吉, 李红姬, 杨保和, 狄海荣 申请人:天津理工大学