技术简介：
本发明针对现有技术无法制备微米级单晶TiO₂纳米丝的问题，提出一种基于微乳法的制备方法。通过将Ti(OH)₄与NaCl微乳均匀混合，并控制热处理温度和时间，成功获得直径25nm、长度微米级的单晶TiO₂纳米丝。该方法原料易得、工艺简单，可通过调节Ti/Na原子比控制纳米丝尺寸，具有良好的重复性，适用于微电子和光电器件领域。
关键词：单晶TiO₂纳米丝,微乳法,热处理
专利名称：单晶二氧化钛纳米丝的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米丝状材料的制备，尤其涉及单晶二氧化钛纳米丝的制备方法。
现有碳弧法、激光烧融、膜模法，气液固(vls)等方法分别制备出纳米碳管、纳米硅(Si)和锗(Ge)棒、GaN棒(纳米级)等长度是微米而直径为几至几十纳米的丝、棒或管。至今还未曾见过获得微米量级的TiO2纳米丝，尤其是单晶TiO2纳米丝的制备方法。
本发明的目的是提出一种获得微米量级的TiO2纳米丝、尤其是单晶TiO2纳米丝的方法。
本发明的目的是这样实现的一种获得微米量级的TiO2纳米丝，尤其是单晶TiO2纳米丝的方法，其特征是制备NaCl溶液的微乳和TiO2前驱物Ti(OH)4微乳将NaCl溶液与Ti(OH)4两种微乳均匀混合并在一定温度下作热处理，经过热处理0。5-4小时，再经过分离、烘干，即得单晶TiO2纳米丝。
其技术关键是实现Ti(OH)4和NaCl两种微乳的充分均匀混合和控制温度制备过程简单、易重复实现。
本发明的特点是能获得微米量级的TiO2纳米丝，尤其是单晶TiO2纳米丝，这种材料是微电子、光电器件中具有广泛的应用前景。所用原料是普通的化学药品，易买到。制备过程简单，无特殊要求。所得纳米棒尺寸均匀，通过改变成分配比，可以方便地改变纳米晶丝尺寸。重复性好。
以下结合附图和通过实施例对本发明作进一步说明
图1为单晶TiO2纳米丝的形貌图2为单晶TiO2纳米丝的高分辨率像，直径25nm，丝内无缺陷。
微乳法制备TiO2前驱物Ti(OH)4实验所用微乳体系中，油相为环己烷；表面活性剂是壬基酚聚氧乙烯五醚和九醚分别NP5、NP9，亦可以为其它表面活性剂，其重量比为NP5∶NP9=1∶1的NP5/NP9混合物；水相分别是TiCl4溶液，氨水和NaCl溶液。
本方法主要包括两步，第一步实现NaCl微乳和TiO2的前驱物Ti(OH)4微乳的充分混合；第二步将上述混合物在一定的温度下热处理分离、烘干后即得到制品。具体过程如下1制备TiO2前驱物Ti(OH)4微乳实验所用微乳体系中，油相为C6-8的芳、烃族溶剂，如环己烷；表面活性剂是重量比NP5∶NP9=1∶1的NP5/NP9混合物；水相分别是TiCl4溶液，氨水和NaCl溶液。
将适量环己烷，NP5/NP9,0.5M TiCl4溶液在烧杯中混合制成TiCl4溶液的微乳；将适量环己烷，NP5/NP9,2M NH4OH溶液混合制成NH4OH溶液的微乳；再将适量上述两种微乳充分混合，反应得到Ti(OH)4的微乳。所有操作在10-25℃下进行。
2:NaCl溶液微乳的制备将适量环己烷，NP5/NP9,2M NaCl溶液在10-25℃下混合制成NaCl溶液的微乳。
3．Ti(OH)4和NaCl的充分均匀混合将适量Ti(OH)4微乳和NaCl微乳在10-25℃下充分混合，混合微乳中Ti和Na的原子比记作NT.NT一般取值20-2000。将混合微乳倒入足量丙酮中，沉淀生成。沉淀离心分离后，用丙酮清洗两遍，烘干后得到白色NaCl和Ti(OH)4混合粉末。
4热处理；将上述粉末在适当温度热处理一段时间。产物用水溶解，除去其中NaCl。沉淀离心分离，用水再洗两遍，烘干。即制成具有金红石晶体结构的TiO2纳米晶丝。
表1给出了三组成分配比及所得TiO2纳米晶丝的尺寸。热处理为在750℃保温2小时。其中，环己烷，丙酮，NaCl和氨水为分析纯，TiCl4为化学纯，表面活性剂是直接从化工厂购买的工业原料，水是一次蒸馏水，热处理炉为管式定碳炉。表中TiCl4微乳成分是0.2ml 0.5M TiCl4溶液+6.6ml环己烷+3.4mlNP5/NP9；NH4OH微乳的成分为0.2ml 2M氨水+6.6ml环己烷+3.4mlNP5/NP9；NaCl微乳的成分是0.2ml 2M NaCl溶液+6.6ml环己烷+3.4mlNP5/NP9。从表中可以看出，纳米TiO2晶丝的尺寸随NT的值变化，NT越大，品丝越细长。NT的值取20-2000。
本发明方法的关键是在微乳体系中实现Ti(OH)4和NaCl的充分均匀混合。对比实验表明，若二者混合不均匀，则棒较粗，粗细不均匀。
表1微乳体系的成分和TiO2纳米晶丝的尺寸
权利要求1．一种获得微米量级的TiO2纳米丝，尤其是单晶TiO2纳米丝的方法，其特征是制备NaCl溶液的微乳和TiO2前驱物Ti(OH)4微乳将NaCl溶液与Ti(OH)4两种微乳均匀混合并在一定温度下作热处理，经过热处理，再经过分离、烘干，即得单晶TiO2纳米丝。
2．由权利要求1所述的制备微米量级的TiO2纳米丝的方法，其特征是微乳体系中，油相为C6nC8-的芳、烃族溶液，如环己烷；水相分别是TiCl4溶液，氨水和NaCl溶液，再加上表面活性剂使微乳充分均匀。
3．由权利要求1、2所述的制备微米量级的TiO2纳米丝的方法，其特征是表面活性剂为NP5/NP9，以0.5M TiCl4溶液混合制成TiCl4溶液的微乳；将适量环己烷，NP5/NP9,2M NH4OH溶液混合制成NH4OH溶液的微乳；再将适量上述两种微乳充分混合，反应得到Ti(OH)4的微乳，所有操作在10-25℃下进行。
4．由权利要求1、2所述的制备微米量级的TiO2纳米丝的方法，其特征是过热处理时间为0。5-4小时。
5由权利要求1、2所述的制备微米量级的TiO2纳米丝的方法，其特征是混合微乳中Ti和Na的原子比取值20-2000。
全文摘要一种获得微米量级的TiO
文档编号C30B29/00GK1237654SQ98111329
公开日1999年12月8日 申请日期1998年6月2日 优先权日1998年6月2日
发明者李光来, 王广厚 申请人:南京大学