專利名稱：一種制備氧化銅一維納米材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一維納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備氧化銅一維納米材料的方法，屬于 燒結(jié)制備氧化銅一維納米材料的技術(shù)。
背景技術(shù)：
氧化銅是一種窄禁帶p型半導(dǎo)體，由于其低溫下的強(qiáng)磁敏性而受到廣泛關(guān)注。當(dāng)氧化 銅粉體的粒度達(dá)到納米級(jí)時(shí)，由于具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)以及宏觀量子 隧道效應(yīng)等，在磁性、光吸收、化學(xué)活性、熱阻、催化劑和熔點(diǎn)方面表現(xiàn)出奇特的物理和 化學(xué)性能，已弓l起人們廣泛的關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于印染、陶瓷、玻璃、催化劑、載體以及 電極活性材料等重要領(lǐng)域。氧化銅納米材料的顆粒是由大量小片狀微晶堆積而成的有較大 間隙的松散"絨球狀"顆粒組成，具有很少見的紅移等現(xiàn)象。目前，人們已合成出氧化銅納 米粒子、納米線、納米管、納米棒、納米帶等。關(guān)于納米氧化銅的制備方法主要有沉淀轉(zhuǎn) 化法、固相法、控制雙射流的液相沉積技術(shù)、噴霧熱解法、醇解法和聲化學(xué)法等。迄今的 文獻(xiàn)報(bào)道中制備氧化銅一維納米材料的方法主要集中在水熱法，但是此類反應(yīng)需要在高壓 釜環(huán)境下進(jìn)行，設(shè)備復(fù)雜，并需要24小時(shí)以上的漫長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，這些都限制了這種工藝的 推廣，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生長(zhǎng)。
專利號(hào)為200510122214的發(fā)明專利"制備氧化鋅納米線或氧化鋅納米帶的方法"，提 供了一種制備氧化鋅納米線或氧化鋅納米帶的方法。發(fā)明人在后續(xù)的工藝研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng) 采用該專利提供的工藝制備如ZnO之類的納米線或納米帶時(shí)，會(huì)由于保溫階段的增加，而 使得納米材料的尺寸過大，而且該工藝比較復(fù)雜，制作成本也比較高。同時(shí)在原料選擇方 面，如果限制為金屬醋酸鹽和聚乙烯醇，則會(huì)局限工藝的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種制備氧化銅一維納米材料的方法，該方法過程簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低， 可與集成電路、半導(dǎo)體工藝兼容。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的 一種制備氧化銅一維納米材料的方法，其特
征在于，包括以下過程
1) 以含有羥基、羧基或氨基三種官能團(tuán)中一種或一種以上的有機(jī)物質(zhì)作為有機(jī)絡(luò)合
齊U，在75 95X:水浴或者加熱條件下，將所述的有機(jī)絡(luò)合劑溶入去離子水中，配制 成質(zhì)量濃度為1 6%的有機(jī)絡(luò)合溶液；
2) 將含有銅元素的水溶性金屬鹽和所述的有機(jī)絡(luò)合水溶液按金屬鹽和有機(jī)絡(luò)合劑的 質(zhì)量比1:5 5:1均勻混合；3) 將基板浸入混合溶液，平鋪在溶液底部；
4) 將步驟3)的置有基板的混合溶液置于烘箱中并以5 20'C/min的速率升溫至120 150°C，保溫0.5 3h;
5) 將步驟4)制得的樣品轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，以5 2(TC/min的速率升溫至290 310°C，保溫0.5 lh;以5 20。C/min的速率升溫至530 560。C，保溫0.5 3h，在 基板上形成氧化銅一維納米材料。
上述的制備氧化銅一維納米材料的方法，所述的有機(jī)絡(luò)合劑為含有羥基、羧基或氨基 三種官能團(tuán)中一種或一種以上的有機(jī)物質(zhì)作為有機(jī)絡(luò)合劑，如明膠、殼聚糖、環(huán)糊精、羧 甲基纖維素鈉、硼氫化鉀、聚乙烯醇，并不只限于此例；所述的含有銅元素的水溶性金屬 鹽為氯化銅或乙酸銅；所述的基板為硅、石英或玻璃材質(zhì)。
本發(fā)明的有益效果為:采用含銅元素的金屬鹽(銅的所有水溶性無機(jī)鹽，如氯化銅等； 銅的所有水溶性有機(jī)鹽，如乙酸銅等)和有機(jī)絡(luò)合劑(明膠、殼聚糖、環(huán)糊精、羧甲基纖 維素鈉、硼氫化鉀、聚乙烯醇等，不只限于這些物質(zhì)，可作為有機(jī)絡(luò)合劑的物質(zhì)，包括所 有含有羥基、羧基、氨基三種官能團(tuán)中一種或一種以上的有機(jī)物質(zhì))制備氧化銅一維納米 材料，具有可控性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，氧化銅一維納米材料的，長(zhǎng)度可達(dá)10pm 以上。由于有機(jī)絡(luò)合劑具有豐富的、分布均勻的官能團(tuán)(如羥基、羧基、氨基等)，銅陽 離子與有機(jī)絡(luò)合劑上的官能團(tuán)相互作用，使銅鹽在有機(jī)絡(luò)合劑的空間構(gòu)架中定位、排布， 經(jīng)程控式快速升溫?zé)崽幚恚~元素的金屬鹽和有機(jī)絡(luò)合劑分階段發(fā)生分解、裂解、氧化 等反應(yīng)，通過控制程序升溫參數(shù)和不同濃度的配比實(shí)現(xiàn)氧化銅一維納米材料可控合成。由 于熱處理溫度低，可與現(xiàn)有的集成電路、半導(dǎo)體工藝兼容。相較于之前發(fā)明人申請(qǐng)的制備 氧化鋅納米線的工藝路線，本發(fā)明提供的工藝，由于減少了保溫階段，可制得尺寸更小的 納米材料，同時(shí)納米材料的尺寸更加均一，且呈現(xiàn)陣列排布的趨勢(shì)，而且工藝也進(jìn)一步簡(jiǎn) 化，從而進(jìn)一步降低了制作成本。同時(shí)在原料選擇方面，更加寬泛，使得合成工藝的設(shè)計(jì) 與條件參數(shù)選取空間更大。
具體實(shí)施方法
概括而言，本發(fā)明的制備方法如下.
1) 在75 95'C水浴或者加熱條件下，將有機(jī)絡(luò)合劑(明膠、殼聚糖、環(huán)糊精、羧甲基 纖維素鈉、硼氫化鉀、聚乙烯醇等，不只限于這些物質(zhì)，可作為有機(jī)絡(luò)合劑的物質(zhì)， 包括所有含有羥基、羧基、氨基的有機(jī)物質(zhì))溶入去離子水中，配制成質(zhì)量濃度為
1 6%的有機(jī)絡(luò)合溶液；
2) 將含有銅元素的金屬鹽(銅的所有水溶性無機(jī)鹽，如氯化銅等；銅的所有水溶性有 機(jī)鹽，如乙酸銅等)和有機(jī)絡(luò)合水溶液按金屬鹽和有機(jī)絡(luò)合劑的質(zhì)量比1:5 5:1均 勻混合；
3) 將基板(如硅、石英或玻璃)浸入混合溶液，平鋪在溶液底部；4) 將步驟3)的置有基板的混合溶液置于烘箱中并以5 2(TC/min的速率升溫至120 150°C，保溫0.5 3h;
5) 將步驟4)制得的樣品轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，以5 20。C/min的速率升溫至290 310°C，保溫0.5 lh;以5 20。C/min的速率升溫至530 560。C，保溫0.5 3h，在 基板上形成氧化銅一維納米材料。
下面以氯化銅、硝酸銅、乙酸銅和明膠、聚乙烯醇制備的氧化銅一維納米材料為例來 說明如何實(shí)施本發(fā)明，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。 實(shí)施例1
在石英燒杯中，在75 95。C水浴或者加熱條件下，將4g聚乙烯醇溶于100ml去離子水； 加入2g氯化銅，采用磁力攪拌0.5h，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/min，用40KHz、 150W的超聲波分散0.5h。 將石秀玻璃基板平鋪在石英燒杯底部。然后將石英燒杯置于烘箱中并以5'C/min的速率升溫 至120'C，保溫0.5h，直至烘干。將樣品轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，以5'C/min的速率升溫至30(TC 下熱處理0.5h;以5r/min的速率升溫至55(TC，保溫lh。 SEM觀察發(fā)現(xiàn)，在基板上形成直 徑30 50nm、長(zhǎng)度超過15nm的納米線。 實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施1相似，不同之處在于步驟2中乙酸銅和明膠的用量均為4g，以 10°C/min的速率升溫至130°C，保溫0.5h，直至烘干。將樣品轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，以 10°C/min的速率升溫至310'C下熱處理0.5h;以10°C/min的速率升溫至560°C，保溫lh。 SEM觀察發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物為直徑約50 80nrn的納米棒，長(zhǎng)度l(Him。 實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)例1相似，不同之處在于步驟2中硝酸銅和明膠的用量為4g和2g，以 15'C/min的速率升溫至150'C，保溫lh，直至烘干。將樣品轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，以15°C/min 的速率310°C，保溫lh;以15°C/min的速率升溫至560°C,保溫3h。 SEM觀察發(fā)現(xiàn)，產(chǎn) 物為直徑約80 100nm的納米棒，長(zhǎng)度10^irn。 實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)例1相似，不同之處在于步驟2中氯化銅和明膠的用量為4g和2g，以 2(TC/min的速率升溫至140°C，保溫lh，直至烘干。將樣品轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，以20°C/min 的速率315。C，保溫lh;以20°C/min的速率升溫至550°C,保溫2h。 SEM觀察發(fā)現(xiàn)，產(chǎn) 物為直徑約100 150nrn的納米棒，長(zhǎng)度l(Him。 實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)例3相似，不同之處在于步驟2中，本實(shí)施例只采用機(jī)械攪拌0.5h，轉(zhuǎn) 速800轉(zhuǎn)/min。 SEM觀察發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物中有直徑100 1000nm、長(zhǎng)度約10|am的納米線。
權(quán)利要求
1.一種制備氧化銅一維納米材料的方法，其特征在于，包括以下過程1)以含有羥基、羧基或氨基三種官能團(tuán)中一種或一種以上的有機(jī)物質(zhì)作為有機(jī)絡(luò)合劑，在75～95℃水浴或者加熱條件下，將所述的有機(jī)絡(luò)合劑溶入去離子水中，配制成質(zhì)量濃度為1～6％的有機(jī)絡(luò)合溶液；2)將含有銅元素的水溶性金屬鹽和所述的有機(jī)絡(luò)合水溶液按金屬鹽和有機(jī)絡(luò)合劑的質(zhì)量比1∶5～5∶1均勻混合；3)將基板浸入混合溶液，平鋪在溶液底部；4)將步驟3)的置有基板的混合溶液置于烘箱中并以5～20℃/min的速率升溫至120～150℃，保溫0.5～3h；5)將步驟4)制得的樣品轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，以5～20℃/min的速率升溫至290～310℃，保溫0.5～1h；以5～20℃/min的速率升溫至530～560℃，保溫0.5～3h，在基板上形成氧化銅一維納米材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備氧化銅一維納米材料的方法，其特征在于，所述的有機(jī)絡(luò)合 劑為含有羥基、羧基或氨基三種官能團(tuán)中一種或一種以上的有機(jī)物質(zhì)作為有機(jī)絡(luò)合劑，如 明膠、殼聚糖、環(huán)糊精、羧甲基纖維素鈉、硼氫化鉀、聚乙烯醇，并不只限于此例。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備氧化銅一維納米材料的方法，其特征在于，所述的含有銅元 素的水溶性金屬鹽為氯化銅或乙酸銅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備氧化銅一維納米材料的方法，其特征在于，所述的基板為硅、 石英或玻璃材質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備氧化銅一維納米材料的方法，包括以下過程配制成質(zhì)量濃度為1～6％的有機(jī)絡(luò)合水溶液；將含有銅元素的金屬鹽和有機(jī)絡(luò)合水溶液按金屬鹽和有機(jī)絡(luò)合劑的質(zhì)量比1∶5～5∶1均勻混合；將基板浸入混合溶液，平鋪在溶液底部；將置有基板的混合溶液置于烘箱中并以5～20℃/min的速率升溫至120～150℃，保溫0.5～3h；將制得的樣品轉(zhuǎn)移到箱式電阻爐中，以5～20℃/min的速率升溫至290～310℃，保溫0.5～1h；以5～20℃/min的速率升溫至530～560℃，保溫0.5～3h，在基板上形成氧化銅一維納米材料。本發(fā)明提供的工藝，可制得尺寸更小更加均一的納米材料，工藝也進(jìn)一步簡(jiǎn)化，原料可選范圍更加廣泛，從而進(jìn)一步降低了制作成本。
文檔編號(hào)C01G3/02GK101525148SQ20091006836
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者凱 何, 倪恒侃, 張之圣, 李付奎, 李玲霞, 慧 王, 濤 薛, 強(qiáng) 鄒 申請(qǐng)人:天津大學(xué)