一种制备Cr-Mn复合纳米线的方法与流程

本发明属于金属纳米线制备领域，特别涉及一种制备cr-mn复合纳米线的方法，该方法可在一定真空度条件下利用蒸发-冷凝的原理制备cr-mn复合纳米线。

背景技术：

金属纳米线是一种新型功能材料，因其特殊的结构和突出的性能在光学、电学、磁学、热学、催化、传感器等诸多领域有潜在的应用价值，例如，au纳米线可作为多种离子的传感器进行离子识别，还可作为导电介质来提高心肌补丁的导电性；ag纳米线可用于制备透明导电薄膜、透明电极指纹传感器；zno纳米线可用于光催化器、气体探测器、太阳能电池、光探测器、发光二极管、激光器等器件中。

对金属纳米线进行参杂可以赋予金属纳米线更多的性能，如利用cr(或mn)元素对ti纳米管进行掺杂可实现对nox的选择性还原([1]boningari,t.；pappas,d.k.；smirniotis,p.g.metaloxide-confinedinterweavedtitaniananotubesm/tnt(m＝mn,cu,ce,fe,v,cr,andco)fortheselectivecatalyticreductionofnoxinthepresenceofexcessoxygen.j.catal.2018,365,320–333.)；利用cr(或mn)元素对zno进行掺杂可以实现室温下的空位增强，并具有很高的磁稳定性([2]zhong,m.；li,y.；hu,y.；zhu,m.；li,w.；jin,h.；wang,s.；li,y.；zhao,h.enhancementofzincvacanciesinroom-temperatureferromagneticcr-mncodopedznonanorodssynthesizedbyhydrothermalmethodunderhighpulsedmagneticfield.j.alloyscompd.2015,647,823–829.)

cr和mn元素除了掺杂金属纳米线以外，其自身形成的纳米线也具有特殊的铁磁性。有研究报道si、ge、as掺杂的cr或mn纳米线理论上具有稳定的磁性增强及线性化等优点([3]bala,a.；singh,p.；nautiyal,t.；auluck,s.magneticcrxandmnx(x＝si,ge,andas)nanowires:stabilityenhancementandlinearization.j.alloyscompd.2013,547,138–146.)；又有研究报道了mn纳米链的磁性能特征，结果显示自旋耦合的mn纳米链将发生明显的磁方向转变，这一特殊性有望实现mn纳米链在量子信息装置方面的应用([4]c.f.hirjibehedin,c.p.lutz,a.j.heinrich.spincouplinginengineeredatomicstructures.science.2006,312,1021-1024.)。

参考文献[3]所述的cr或mn纳米线是基于一种理论的模拟计算，并没有涉及cr或mn纳米线实物。而参考文献[4]所述的mn纳米线是利用电子隧道显微镜(stm)中的探针组装了具有10个mn原子的纳米链。目前，关于cr和mn纳米线的制备鲜有文献报道。

在专利方面，有日本专利报道了利用激光束制备mn纳米线的方法，其原理是利用激光束照射浸泡在水溶液中的mn板使其蒸发，蒸发出来的mn原子在水溶液中结晶出mn纳米线。该水溶液中含有一定浓度的表面活性剂，有利于mn纳米线的形成([5]t.kondo,f.mafune,j.kono,y.takeda,jp.methodforproducingmanganesematerialandmanganesematarial.patentno.2003002651.)。

本专利发明了一种新的制备cr-mn复合纳米线的方法。一种采用真空热沉积的方法，以不锈钢网作为蒸发源，以金属sn蒸气作为催化剂，来制备cr-mn复合纳米线。该方法没有任何文献有过报道或任何专利有过涉及，是一种全新的方法，具有显著的创造性。

技术实现要素：

本发明内容首次提出一种cr-mn复合纳米线的制备方法。所述方法以不锈钢网作为蒸发源，在一定真空度和一定温度下，使其中的cr、mn元素蒸发，借助金属sn蒸气的催化作用，使cr、mn元素蒸气在不锈钢网表面冷凝沉积，最终得到cr-mn复合纳米线。

一种制备cr-mn复合纳米线的方法，其特征在于：将sn球置于样品室底部，以不锈钢网作为蒸发源，在一定真空度和一定温度下，使其中的cr、mn元素蒸发，借助金属sn蒸气的催化作用，使cr、mn元素蒸气在不锈钢网表面冷凝沉积，最终得到cr-mn复合纳米线。

进一步地，所述不锈钢网为1500目的304不锈钢网。

进一步地，所述一定温度为800℃～900℃，保温时间为4小时。

进一步地，所述一定真空度为10^-1pa。

进一步地，所述金属sn是作为cr-mn复合纳米线形成的催化剂。

进一步地，所述制备cr-mn复合纳米线的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)将sn球置于样品室底部，将304不锈钢网竖直放置于样品室中，距离sn球的高度为20mm，将样品室垂直放入真空室底部，将真空室垂直放入管式炉中；

b)打开机械泵，将真空室抽至10^-1pa；

c)打开管式炉，加热真空室，待加热到800～900℃后，在该温度下保持4h，然后停止加热，关闭机械泵，将真空室从管式炉中移出，空冷至室温；

将样品室从真空室中取出，并将样品室中的不锈钢网取出，放入含有酒精的烧杯中进行超声波震荡，最后烘干烧杯中的酒精，得到cr-mn复合纳米线。

沉积用的样品室为高12cm，横截面为ф10mm的石英管，底部封口，用于放置sn球。顶部开口，利于金属蒸气的排放。不锈钢网在sn球的上方20mm处(见附图3)。

本发明详细步骤如下：

首先，将尺寸为ф5mm的sn球置于样品室底部，再将不锈钢网竖直置于样品室中，使其与sn球垂直距离为20mm。再将样品室垂直放入真空室中。然后将真空室垂直放入加热炉中，调整真空室位置，使其位于管式炉的加热区。将真空室与机械泵机组用直径为25mm，长为1.5m的波纹管连接。

其次，打开机械泵，将真空室真空度抽至10^-1pa，使真空室内压力保持在10^-1pa。

再次，开始加热。待加热到预定蒸发温度(800℃～900℃)后，在该温度下沉积4h，然后关闭管式炉停止加热，关闭机械泵，将真空室从加热炉中抽出，放置于空气中空冷至室温。

最后，打开真空室与波纹管连接处的法兰，将样品室取出，并取出不锈钢网，放入含有酒精的烧杯中进行超声波震荡，最后烘干烧杯中的酒精，得到cr-mn复合纳米线。

在此工艺过程中发生的主要化学反应为：

cr/mn(s)＝cr/mn(g)(1)

反应式(1)：不锈钢网加热到800℃～900℃时，cr/mn原子从不锈钢网蒸发出来变为气态，即cr/mn蒸气。

反应式(2)：在较低温度的不锈钢网上，在金属sn的催化作用下cr/mn蒸气冷凝生成固态的cr-mn复合纳米线。

本发明的制备系统包括管式炉、机械泵、真空室、样品室、不锈钢网等。

本发明具有以下优点：工艺简单，成本低廉，收得率高，制备量大等优点。

附图说明

图1是本发明制备的cr-mn复合纳米线的透射电镜图像；

图2是本发明制备的cr-mn复合纳米线的成分分析图像；

(a)为cr-mn复合纳米线的haddf图像，(b)为cr-mn复合纳米线的eds成分组合图像，(c)为cr-mn复合纳米线eds成分分析中cr元素的分布图像；(d)为cr-mn复合纳米线eds成分分析中mn元素的分布图像；(e)为cr-mn复合纳米线eds成分分析中sn元素的分布图像；

图3是本发明的制备装置示意图；

具体实施方式

通过下述实施例能更好的理解本发明，但实施例并不用来限制本发明。

实施例1

如图3所示，首先，将ф5mm的sn球置于样品室底部，再将不锈钢网插入样品室中，使其与sn球垂直距离为20mm。再将样品室垂直放入真空室中。然后将真空室垂直放入管式炉中，调真空室位置，使其位于管式炉的加热区。将真空室与机械泵用直径为25mm，长为1.5m的波纹管连接。其次，打开机械泵，将真空室真空度抽至10^-1pa。再次，开始加热。待加热到800℃后，在该温度下沉积4h，然后关闭炉子电源停止加热。再关闭机械泵。然后将真空室从管式炉中抽出，放置于空气中空冷至室温。最后，打开真空室与波纹管连接处的法兰，将样品室取出。取出不锈钢网，放入含有酒精的烧杯中进行超声波震荡，最后烘干烧杯中的酒精，得到cr-mn复合纳米线。

实施例2

如图3所示，首先，将ф5mm的sn球置于样品室底部，再将不锈钢网插入样品室中，使其与sn球垂直距离为20mm。再将样品室垂直放入真空室中。然后将真空室垂直放入管式炉中，调真空室位置，使其位于管式炉的加热区。将真空室与机械泵用直径为25mm，长为1.5m的波纹管连接。其次，打开机械泵，将真空室真空度抽至10^-1pa。再次，开始加热。待加热到900℃后，在该温度下沉积4h，然后关闭炉子电源停止加热。再关闭机械泵。然后将真空室从管式炉中抽出，放置于空气中空冷至室温。最后，打开真空室与波纹管连接处的法兰，将样品室取出。取出不锈钢网，放入含有酒精的烧杯中进行超声波震荡，最后烘干烧杯中的酒精，得到cr-mn复合纳米线。