專(zhuān)利名稱(chēng)：六硼化銪納米線、納米管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，具體涉及六硼化銪的納米線、納米管及其制備方法。
背景技術(shù)：
六硼化鑭作為一種提供高性能電子源的場(chǎng)發(fā)射材料，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。而六硼化銪在RB6(R為稀土)系列中逸出功相對(duì)較低，熔點(diǎn)高、尤其實(shí)高溫性能好，蒸發(fā)率小等優(yōu)點(diǎn)。而作為場(chǎng)發(fā)射材料它們還有一個(gè)最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是能夠輸出大的發(fā)射電流密度，這一點(diǎn)對(duì)于在場(chǎng)致電子發(fā)射器件上應(yīng)用時(shí)非常重要。
如果一維六硼化銪納米材料作為發(fā)射槍用于掃描電鏡，透射電鏡等需要提供高性能電子源的器件。對(duì)于類(lèi)似棒狀場(chǎng)發(fā)射體來(lái)說(shuō)，局域電場(chǎng)F(從發(fā)射體吸引電子的能力)能夠表述為所加電壓(V)、發(fā)射體尖端半徑(r)、發(fā)射體長(zhǎng)度(h)和陰陽(yáng)極之間的距離(d)的函數(shù)F＝1.2V(2.5+h/r)0.9[1+0.013d/(d-h)-0.033(d-h)/d]/d上述關(guān)系表表明，發(fā)射體半徑越小，還h/r就越大，局域電場(chǎng)F就會(huì)越強(qiáng)。也就是說(shuō)，與傳統(tǒng)的同材料的發(fā)射體相比較而言，它能夠在較低的電壓下出現(xiàn)較大的發(fā)射電流。對(duì)場(chǎng)發(fā)射來(lái)說(shuō)，這就意味著降低了開(kāi)啟電壓，這些性質(zhì)在其他的納米結(jié)構(gòu)SiC，W，CuS和MoO3中已經(jīng)被觀察到。一維納米材料小直徑和大的長(zhǎng)徑比的一維納米線極大的提高了發(fā)射體尖端的局域電場(chǎng)。因此制備和研究納米結(jié)構(gòu)的六硼化銪不僅具有科學(xué)價(jià)值，而且更具有現(xiàn)實(shí)意義。但是，目前關(guān)于一維結(jié)構(gòu)的六硼化銪納米線和納米管的制備尚未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種六硼化銪納米線和納米管的制備方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述方法制備的六硼化銪納米線、納米管。
一種六硼化銪的納米線、納米管的制備方法，包括如下步驟和工藝條件(1)將放有0.1-0.5g銪源的單晶硅片襯底放入管式電爐的石英管中部，密封石英管，同時(shí)對(duì)石英管預(yù)抽真空，然后通入保護(hù)和還原氣體，其流速為10-100sccm；(2)將步驟(1)的管式電爐加熱到930-1110℃，然后通入硼源，其流速為10-100sccm；同時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)和還原性氣體流速為20-200sccm；保持15-60分鐘；(3)在保護(hù)氣體和還原性氣體的混合氣氣氛下降溫，直至冷卻至室溫；(4)取出單晶硅片襯底，在蒸餾水中浸泡，再烘干，得襯底上物質(zhì)即為六硼化銪的納米線、納米管；所述硼源為BCl3；所述步驟(1)、(2)和(3)中的還原性氣體為H2氣，保護(hù)氣體為Ar氣，還原性氣體與保護(hù)氣體體積比為0.1-10∶1。
有益的是，所述銪源為金屬Eu，其粒度為0.1-0.5mm。
由上述方法制備的六硼化銪的納米線、納米管，所述納米線和納米管生長(zhǎng)在襯底上，納米線的直徑約為50-500nm，長(zhǎng)度約為0.5-8μm；納米管的直徑約1.3-1.6μm，長(zhǎng)度約2-4μm，壁厚約50-60nm。單根LaB6納米線場(chǎng)有效發(fā)射電流密度高達(dá)5×105Acm-2，可作為一種提供高性能電子源的場(chǎng)發(fā)射材料。同樣，作為稀土金屬六硼化物的EuB6材料，逸出功相對(duì)較低，熔點(diǎn)高、尤其是高溫性能好，蒸發(fā)率小，有比較優(yōu)越的的場(chǎng)發(fā)射性能等優(yōu)點(diǎn)?？勺鳛槔潢帢O電子源，應(yīng)用于場(chǎng)致電子發(fā)射平板顯示器，冷陰極發(fā)光管，冷陰極光源等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明首次制備出六硼化銪納米線和納米管，試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作，不需要復(fù)雜的工藝條件，便于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是實(shí)施例1中六硼化銪納米線的SEM照片。
圖2是實(shí)施例2中六硼化銪納米結(jié)構(gòu)的XRD譜。
圖3a是實(shí)施例2中六硼化銪納米線的SEM照片(納米線定向生長(zhǎng))。
圖3b是實(shí)施例2中六硼化銪納米線的SEM照片(納米線彎曲生長(zhǎng))。
圖4是實(shí)施例2中六硼化銪納米管的SEM照片。
圖5a是實(shí)施例2中單根六硼化銪納米線TEM照片及相應(yīng)的電子衍射照片。
圖5b是實(shí)施例2中六硼化銪納米線的高分辨TEM照片。
圖6是實(shí)施例3中六硼化銪納米線的SEM照片。
圖7是實(shí)施例4中六硼化銪納米線的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
實(shí)施例1(1)將放有0.5g Eu粉末(粒徑約0.1-0.5mm)的單晶硅片襯底放入管式電爐的石英管中部，密封石英管，同時(shí)對(duì)石英管預(yù)抽真空，然后通入H2/Ar氣體，(H2氣和Ar氣的體積比為0.1，下面步驟比例同)，其流速為10sccm；(2)將管式電爐加熱到930℃，此時(shí)通入BCl3，流速為100sccm；同時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)和還原性氣體流速為200sccm；保持60分鐘；(3)反應(yīng)后，在保護(hù)氣體和還原性氣體的混合氣(流速不限)氣氛下降溫(氣流流速不限)，直至冷卻至室溫。
(4)取出單晶硅片襯底，在蒸餾水中浸泡4小時(shí)，然后在烘箱中烘干，得襯底上物質(zhì)即為六硼化銪的納米線、納米管。
圖1是本實(shí)施例所制備樣品的SEM照片。從圖中可以看出，該實(shí)施例制備出六硼化銪的納米線，大多數(shù)納米線直徑約為50-300nm，長(zhǎng)度約1-2μm。用電鏡仔細(xì)觀察，還可以發(fā)現(xiàn)少量的六硼化銪納米管。
實(shí)施例2(1)將放有0.3g Eu粉末(粒徑約0.1-0.5mm)的單晶硅片襯底放入管式電爐的石英管中部，密封石英管，同時(shí)對(duì)石英管預(yù)抽真空，然后通入H2/Ar氣體(H2氣和Ar氣的體積比為1，下面步驟比例同)，其流速為60sccm；(2)將管式電爐加熱到950℃，此時(shí)通入BCl3，流速為60sccm；同時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)和還原性氣體流速為120sccm；保持30分鐘；(3)反應(yīng)后，在保護(hù)氣體和還原性氣體的混合氣(流速不限)氣氛下降溫(氣流流速不限)，直至冷卻至室溫。
(4)取出單晶硅片襯底，在蒸餾水中浸泡4小時(shí)，然后在烘箱中烘干，得襯底上物質(zhì)即為六硼化銪的納米線、納米管。
圖2是本實(shí)施例所制備樣品的X射線衍射(XRD)譜，所有的衍射峰都對(duì)應(yīng)于簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)的EuB6，對(duì)應(yīng)的晶格常數(shù)a＝4.161，與EuB6體材料的晶格常數(shù)吻合得很好。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他的雜峰。
圖3a是所制備部分樣品的SEM照片(納米線)，從圖中可以看出，納米線垂直于襯底生長(zhǎng)，其直徑約為60-300nm，長(zhǎng)約500nm-1.2μm。
圖3b是所制備另一部分樣品的SEM照片(納米線)，這些納米線與圖3a中所示的納米線相比，具有不同的形貌。大多數(shù)納米線彎曲生長(zhǎng)，其直徑約為180nm，長(zhǎng)約5-8μm。襯底凹凸不平是由于Si表面被BCL3腐蝕所致。
圖4是所制備部分樣品的SEM照片(納米管)，從圖中可以看出，納米管的直徑約1.3-1.6μm，長(zhǎng)度約2-4μm，壁厚約50-60nm。
圖5是一根納米線的TEM形貌像以及相應(yīng)的選區(qū)電子衍射(圖5a右上角)。從形貌像可知這根納米線的直徑約190nm，表面比較粗糙。圖5a右上角的選區(qū)電子衍射可以根據(jù)簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)的EuB6指標(biāo)化，這與圖2的X射線粉末衍射所得到的結(jié)果一致。
圖5b是納米線的高分辨晶格條紋像。圖中的條紋間距0.422nm和0.243nm分別對(duì)應(yīng)于簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)EuB6的(001)和(11-1)晶面，經(jīng)測(cè)量圖中兩個(gè)晶面的夾角為125°，這與理論值125.3°符合的很好。圖中的長(zhǎng)箭頭指向納米線的生長(zhǎng)方向
。
圖2～圖5說(shuō)明，本實(shí)施例的方法可同時(shí)制備六硼化銪的納米線和納米管。從掃描電鏡的觀察得知占多數(shù)的是納米線，納米管相對(duì)較少。另外，X射線衍射，掃描電鏡和透射電鏡對(duì)制備的納米線和納米管進(jìn)行了表征。XRD譜，高分辨晶格條紋像和選區(qū)電子衍射均表明了所制備的納米線是單晶材料。
實(shí)施例3(1)將放有0.2g Eu粉末(粒徑約0.1-0.5mm)的單晶硅片襯底放入管式電爐的石英管中部，密封石英管，同時(shí)對(duì)石英管預(yù)抽真空，然后通入H2/Ar氣體(H2氣和Ar氣的體積比為5，下面步驟比例同)，其流速為50sccm；(2)將管式電爐加熱到1050℃，此時(shí)通入BCl3，流速為50sccm；同時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)和還原性氣體流速為100sccm；保持30分鐘；(3)反應(yīng)后，在保護(hù)氣體和還原性氣體的混合氣(流速不限)氣氛下降溫(氣流流速不限)，直至冷卻至室溫。
(4)取出單晶硅片襯底，在蒸餾水中浸泡4小時(shí)，然后在烘箱中烘干，得襯底上物質(zhì)即為六硼化銪的納米線、納米管。
圖6是該實(shí)施例樣品EuB6納米線的SEM照片，由圖6可知，該實(shí)施例制備出六硼化銪的納米線，大多數(shù)納米線直徑約為50-100nm，長(zhǎng)度約2-5μm。用電鏡仔細(xì)觀察，還可發(fā)現(xiàn)少量的納米管。
實(shí)施例4(1)將放有0.1g Eu粉末(粒徑約0.1-0.5mm)的單晶硅片襯底放入管式電爐的石英管中部，密封石英管，同時(shí)對(duì)石英管預(yù)抽真空，然后通入H2/Ar氣體(H2與Ar的體積比為10，下面步驟比例同)，其流速為100sccm；(2)將管式電爐加熱到1100℃，此時(shí)通入BCl3，流速為10sccm同時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)和還原性氣體流速為20sccm；保持15分鐘；(3)反應(yīng)后，在保護(hù)氣體和還原性氣體的混合氣(流速不限)氣氛下降溫(氣流流速不限)，直至冷卻至室溫。
(4)取出單晶硅片襯底，在蒸餾水中浸泡4小時(shí)，然后在烘箱中烘干，得襯底上物質(zhì)即為六硼化銪的納米線、納米管。
圖7為本實(shí)施例較高樣品EuB6納米線的SEM照片，從該圖可知，本實(shí)施例制備出六硼化銪的納米線，大多數(shù)納米線直徑約為50-500nm，長(zhǎng)度為1-7μm。用電鏡仔細(xì)觀察樣品，還可以發(fā)現(xiàn)少量的納米管。
以上實(shí)例中所制備的六硼化銪納米材料樣品的檢測(cè)，是用X射線衍XRD(DRIC-Y2000)、掃描電鏡SEM(JSM-6330F)、透射電鏡TEM(JEM-2010HR)等進(jìn)行觀察和分析。
總體來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)電鏡觀察，本發(fā)明的方法可同時(shí)制備六硼化銪納米線和納米管，納米管的數(shù)量相對(duì)較少。其中納米線的直徑約為50-500nm，長(zhǎng)度約為0.5-8μm；納米管的直徑約1.3-1.6μm，長(zhǎng)度約2-4μm，壁厚約50-60nm。
權(quán)利要求
1.一種六硼化銪的納米線、納米管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟和工藝條件(1)將放有0.1-0.5g銪源的單晶硅片襯底放入管式電爐的石英管中部，密封石英管，同時(shí)對(duì)石英管預(yù)抽真空，然后通入保護(hù)和還原氣體，其流速為10-100sccm；(2)將步驟(1)的管式電爐加熱到930-1110℃，然后通入硼源，其流速為10-100sccm；同時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)和還原性氣體流速為20-200sccm；保持15-60分鐘；(3)在保護(hù)氣體和還原性氣體的混合氣氣氛下降溫，直至冷卻至室溫；(4)取出單晶硅片襯底，在蒸餾水中浸泡，再烘干，得襯底上物質(zhì)即為六硼化銪的納米線、納米管；所述硼源為BCl3；所述步驟(1)、(2)和(3)中的還原性氣體為H2氣，保護(hù)氣體為Ar氣，還原性氣體與保護(hù)氣體體積比為0.1-10∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六硼化銪納米線和納米管的制備方法，其特征在于所述銪源為金屬Eu，其粒度為0.1-0.5mm。
3.一種由權(quán)利要求1所述方法制備的六硼化銪納米線、納米管，其特征在于，所述納米線和納米管生長(zhǎng)在襯底上，納米線的直徑約為50-500nm，長(zhǎng)度約為0.5-8μm；納米管的直徑約1.3-1.6μm，長(zhǎng)度約2-4μm，壁厚約50-60nm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了六硼化銪納米線、納米管及其制備方法。該方法是先將放有銪源的單晶硅片襯底放入管式電爐的石英管中部，密封石英管，同時(shí)對(duì)石英管預(yù)抽真空，然后通入保護(hù)和還原氣體，再將電爐加熱到930－1110℃，然后通入硼源，同時(shí)調(diào)節(jié)保護(hù)和還原性氣體，保持15－60分鐘；在保護(hù)氣體和還原性氣體的混合氣氣氛下降溫，直至冷卻至室溫；硼源為BCl
文檔編號(hào)C01F17/00GK1850603SQ20061003561
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者趙彥明, 許軍旗, 鄒春云, 丁琪瑋 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)