一种快速制备锂纳米结构的方法
【专利摘要】本发明公开了一种快速制备锂纳米结构的方法，使用锂化合物作为原料，经过干燥后置于高真空环境，随后使用电子束对其进行辐照，当电子束的强度超过一定值后锂化合物发生分解，分解过程中产生出不同的锂纳米结构。本发明提供的快速制备锂纳米结构的方法，可以快速获得不同类型的锂纳米结构，且获得的产物纯度较高、形态多样，且制备过程可控性高。
【专利说明】一种快速制备锂纳米结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备锂纳米结构方法，尤其涉及一种利用电子束技术快速制备锂纳米颗粒、纳米线以及纳米核壳结构的方法，属于新能源材料和技术的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]纳米材料由于其特殊的小尺度效应和表面效应，已经受到了广泛和深入的研究。目前的研究已经发现使用纳米材料可以获得许多宏观尺度材料所不具有的特殊和优良的性能，比如:由于其巨大的比表面积，纳米颗粒的催化活性非常强，可以用于制备高性能低成本的催化剂；小颗粒的纳米结构具有特殊的光学特性，可能可以用于特殊的光学器件；小颗粒的纳米颗粒导致其能带结构发生改变，从而产生不同于特材料的特殊的电学特性。利用这一特性可以构建新型的电子器件。因此，对纳米材料制备和其各种性能的研究是一个备受人们关注的课题。
[0003]金属锂作为一种今年来备受关注的元素，其广泛应用于锂离子电池作为一种高性能的电能存储介质。研究表明，在锂离子电池中，锂元素通常以单质或化合物的形式同时存在于电池的两极。锂元素单质和化合物状态的转化过程伴随着电子的转移过程。这一过程就对应于电池的充放电过程。从微观层面来讲，这一过程伴随的是纳米尺度上的锂元素被包裹形成的化合物和释放为单质的两个相反过程。对这一过程的研究和控制是获得高性能锂离子电池的关键。
[0004]此外，锂元素及其化合物也被广泛应用于半导体材料掺杂、化学检测、药物治疗等等各个方面。在这些应用领域，研究使用基于锂材料的纳米结构可能带来具有特殊功能的应用，同时也有可能获得对某些特性的增强。因此，研究锂纳米结构的合成和性质是一个具有实验和实践意义的课题。
[0005]虽然如此，由于锂元素的高化学反应活性，要在常规环境下进行可控的合成非常困难，而对其各种物理、化学特性的研究也更加困难。因此关于锂纳米结构的合成和性质研究一直鲜有报道。
【发明内容】
[0006]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种快速制备锂纳米结构的方法，能够在高真空环境下利用电子束辐照锂化合物制备多种锂纳米结构，可以实现锂纳米颗粒、纳米线以及纳米核壳结构，是一种比较容易控制、且获得的产物形态较好的方法。
[0007]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0008]一种快速制备锂纳米结构的方法，使用锂化合物作为原料，经过干燥后置于高真空环境，随后使用电子束对其进行辐照，当电子束的强度超过一定值后锂化合物发生分解，分解过程中产生出不同的锂纳米结构；具体包括如下步骤:
[0009]( I)将锂化合物配置成水溶液，搅拌均匀后密封备用；[0010](2)首先将铜网浸入步骤(I)得到的水溶液中，提拉出铜网并置于空气中初步干燥；然后将铜网置于干燥器中进行深度干燥，直至铜网表面出现氯化锂结晶；
[0011](3)首先将步骤(2)得到的铜网置于透射电子显微镜的样品台中；然后将铜网随同样品台一同置于透射电子显微镜的真空腔内静置，待真空腔内环境稳定后，开启电子束，经电子束辐照的氯化锂便直接产生出多种纳米结构。
[0012]优选的，所述步骤(I)中，水溶液的浓度为8?12% ;最为优选的，水溶液的浓度为10%。
[0013]优选的，所述步骤(2)中，铜网为800?1200目的铜网；最为优选的，铜网为1000目的铜网。
[0014]优选的，所述步骤(2)中，提拉出铜网并置于空气中初步干燥2?lOmin。
[0015]优选的，所述步骤(3)中，将铜网随同样品台一同置于透射电子显微镜的真空腔内，静置8?12min。
[0016]优选的，所述步骤(3)中，电子束辐照的条件为:电子束的强度大于102A/cm2/s，辐照温度为20?30°C，真空腔的真空度为2.0X10—4?2.0X10_5Pa。
[0017]优选的，所述步骤(I)中，锂化合物为氯化锂。
[0018]有益效果:本发明提供的快速制备锂纳米结构的方法，可以快速获得不同类型的锂纳米结构，且获得的产物纯度较高、形态多样，且制备过程可控性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为氯化锂经过辐照后表面长出的多种纳米结构；
[0020]图2为氯化锂经过辐照后表面长出的核壳结构的锂/氯化锂颗粒；
[0021]图3为一根锂纳米线的快速生长过程；
[0022]图4为一根锂/氯化锂纳米管核壳结构的生长过程以及纳米管内部的锂元素的释放过程；
[0023]图5为一根一端封闭的锂/氯化锂纳米管核壳结构；
[0024]图6为一根一端开口的锂/氯化锂纳米管核壳结构；
[0025]图7为一根锂/氯化锂纳米管核壳结构；
[0026]图8为一端封闭的锂/氯化锂纳米管核壳结构的结构示意图；
[0027]图9为一端开口的锂/氯化锂纳米管核壳结构的结构示意图；
[0028]图10为锂/氯化锂纳米颗粒核壳结构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0030]一种快速制备锂纳米结构的方法，使用锂化合物作为原料，经过干燥后置于高真空环境，随后使用电子束对其进行辐照，当电子束的强度超过一定值后锂化合物发生分解，分解过程中产生出不同的锂纳米结构；具体包括如下步骤:
[0031](I)将氯化锂配置成浓度为10%的水溶液，搅拌均匀后密封备用；
[0032](2)以1000目的铜网作为衬底，首先将铜网浸入步骤(I)得到的水溶液中，提拉出铜网，氯化锂溶液会残留在铜网表面，将铜网置于空气中初步干燥2?lOmin，表面的氯化锂液滴中的水分会逐渐挥发，液滴尺寸变小，氯化锂液滴逐渐浓缩；由于氯化锂的强吸湿性，在空气中氯化锂液滴不会干燥结晶，为此将铜网置于干燥器中进行深度干燥，随后可以看到液滴消失，铜网表面出现氯化锂结晶；
[0033](3)首先将步骤(2)得到的铜网快速置于透射电子显微镜的样品台中；然后将铜网随同样品台一同置于透射电子显微镜的真空腔内静置IOmin左右，待真空腔内环境稳定后，开启电子束，经电子束辐照的氯化锂便直接产生出多种纳米结构；其中，电子束辐照的条件为:电子束的强度大于102A/cm2/s，辐照温度为室温左右，真空腔的真空度为
2.0XlO-4 ?2.0X10_5Pa。
[0034]对上述方法过程进行观察和分析，结果如图1至图10所示，下面就各附图加以说明。
[0035]图1显示氯化锂经过辐照后表面长出多种纳米结构，主要有纳米颗粒和纳米线；图上所观察到的纳米结构由锂或者氯化锂构成，其直径分布在15-100纳米范围。
[0036]图2显示氯化锂经过辐照后表面长出的核壳结构的锂/氯化锂颗粒，其内部为锂、外层为氯化锂，颗粒的大小约50纳米、壳层厚度约5纳米。
[0037]图3中的(a)?(f)显示了一根锂纳米线的快速生长过程，图上的数字表示生长过程的时间序列；(a)和(b)中的黑色箭头指示了纳米线的生长端，(C)和⑷中的白色箭头指示了纳米线中的一个弯折的生长过程，(f)中的标尺为50纳米；整个生长过程在I秒内完成，其生长速率约为2.6 μ m/s。
[0038]图4中的(a)?(g)显示了一根锂/氯化锂纳米管核壳结构的生长过程以及纳米管内部的锂元素的释放过程，图上的数字表示生长过程的时间序列；(b)、(c)、(d)和(e)中的白色箭头指示了锂纳米颗粒的形成和生长过程，(f)和(g)中的白色箭头指示由于中心锂元素的释放导致其半径减小，证明其为锂/氯化锂纳米管核壳结构。
[0039]图5中的黑色箭头指示一根一端封闭的锂/氯化锂纳米管核壳结构。
[0040]图6中的黑色箭头指示一根一端开口的锂/氯化锂纳米管核壳结构。
[0041]图7中的黑色箭头指示一根锂/氯化锂纳米管核壳结构，箭头所指的部位为纳米管的轴向平行于观察方形形成的投影。
[0042]图8为一端封闭的锂/氯化锂纳米管核壳结构的结构示意图；内部网状阴影为锂，外层黑色阴影为氯化锂。
[0043]图9为一端开口的锂/氯化锂纳米管核壳结构的结构示意图。
[0044]图10为锂/氯化锂纳米颗粒核壳结构的结构示意图。
[0045]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)将锂化合物配置成水溶液，搅拌均匀后密封备用； (2)首先将铜网浸入步骤(I)得到的水溶液中，提拉出铜网并置于空气中初步干燥；然后将铜网置于干燥器中进行深度干燥，直至铜网表面出现氯化锂结晶； (3)首先将步骤(2)得到的铜网置于透射电子显微镜的样品台中；然后将铜网随同样品台一同置于透射电子显微镜的真空腔内静置，待真空腔内环境稳定后，开启电子束，经电子束辐照的氯化锂便直接产生出多种纳米结构。
2.根据权利要求1所述的快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，水溶液的浓度为8?12%。
3.根据权利要求2所述的快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，水溶液的浓度为10%。
4.根据权利要求1所述的快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，铜网为800?1200目的铜网。
5.根据权利要求4所述的快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，铜网为1000目的铜网。
6.根据权利要求1所述的快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，提拉出铜网并置于空气中初步干燥2?lOmin。
7.根据权利要求1所述的快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，将铜网随同样品台一同置于透射电子显微镜的真空腔内，静置8?12min。
8.根据权利要求1所述的快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，电子束辐照的条件为:电子束的强度大于102A/cm2/s，辐照温度为20?30°C，真空腔的真空度为 2.0X I(T4 ?2.0 X l(T5Pa。
9.根据权利要求1所述的快速制备锂纳米结构的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，锂化合物为氯化锂。
【文档编号】B22F9/30GK103862064SQ201410080384
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】万能, 周奕龙, 沈昱婷, 孙立涛 申请人:东南大学