專利名稱：一種六硼化鑭納米線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在銅襯底上制備六硼化鑭納米線的方法。
背景技術(shù)：
六硼化鑭具有功函數(shù)低、蒸發(fā)率(高溫下)低、高亮度、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此LaBJt為極好的冷陰極發(fā)射源廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)和民用工業(yè)，如掃描電鏡、透射電鏡、場發(fā)射壓力傳感器等高性能電子源器件。LaB6具有低功函數(shù)(2.6eV)和低蒸發(fā)率，這意味著其作為場發(fā)射電子源應(yīng)用時(shí)，有著較低的操作電壓和較長的壽命。Fowler-Sondheim(FN)公式表明由低功函數(shù)和高長徑比材料制作的尖錐能極大提高低電壓下的場發(fā)射電流。而小直徑和大長徑比的準(zhǔn)一維LaB6納米線均滿足如上要求。因此制備和研究納米結(jié)構(gòu)的六硼化鑭具有非常重要的科學(xué)價(jià)值。目前常見的制備LaB6納米線的方法主要有(1)以金屬La或者無水LaCl3為鑭源前驅(qū)體，以三氯化硼(BCl3)為硼源前驅(qū)體的化學(xué)氣相沉積方法(J.Q.Xu等人 Self-Catalyst Growth of LaB6 Nanowires and Nanotubes. Chem. Phys.Lett. 423 (2006) 138-142 ;H. Zhang 等人 Single-Crystalline LaB6 Nanowires. J. Am. Chem.Soc. 127(2005)2862-2863) ； (2)以無水LaCl3為鑭源前驅(qū)體，以十硼烷(B10H14)為硼源前驅(qū)體的化學(xué)氣相沉積方法(J. R. Brewer 等人 Lanthanum Hexaboride Nanoobelisks. Chem.Mater. 19(2007)6379-6381)。在第(I)種方法中，由于BCl3強(qiáng)烈的腐蝕性，所以合成樣品的產(chǎn)量較低，形貌也不好；在第(2)種方法中，由于是BltlH14是一種固體，需要在高溫下輸運(yùn)，另外其使用無水LaCl3作為鑭源前驅(qū)體以及使用Pt、Au催化劑亦會(huì)增加生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N在銅襯底上制備LaB6的方法，成本低，采用LaCl3*7H20替代無水LaCl3 ;采用常溫下的硼源輸運(yùn)，以氣體B2H6替代固體BltlH14 ;不需要昂貴的Au或者Pt作為催化劑，腐蝕性低(因?yàn)橐訠2H6替代BCl3作為硼源前驅(qū)體)。該方法簡單可行、產(chǎn)量高，納米線質(zhì)量好。本發(fā)明的目的在于提供一種在銅襯底上制備LaB6的方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述方法制備的LaB6納米材料，其特征在于，所述的納米線直徑約為30-200nm，長度約為2_10 μ m。本發(fā)明采用化學(xué)氣相沉積方法在銅襯底上生長六硼化鑭納米線，其具體的工藝步驟如下(I)把銅襯底放入小燒杯內(nèi)，并加入少許乙醇，超聲清洗30分鐘；然后加入丙酮清洗；最后在空氣中自然晚干，以備待用。(2)稱量約0. 1-0. 3g的鑭源，放入石英小試管的底部，并把石英小試管放置到管式電爐的石英管中部。
(3)把前述銅襯底放到石英板上，并把石英板置入管式電爐的石英管前驅(qū)體的下氣流方向；密封石英管，充滿保護(hù)和還原氣體，然后對(duì)石英管抽真空。(4)在真空條件下以升溫速率約為15°C /min加熱石英管到900-1020°C，通入硼源，其流速為10-50sccm ;保持10-30分鐘。(5)最后在真空氣氛下降溫，直至冷卻至室溫；取出銅襯底直接觀察。所述步驟(I)中的銅為紫銅；所述步驟(2)中的鑭源為LaCl3*7H20 ;所述步驟(3)保護(hù)氣體為Ar氣，還原氣體為H2 ;所述步驟⑷中的硼源為5 %的B2H6和95 %的Ar混合氣，混合氣以體積百分比計(jì)量。有益的是，所述鑭源為LaCl3*7H20，其純度為99. 9%;所述硼源為B2H6 ;所述襯底為 紫銅襯底。由上述方法制備的六硼化鑭的納米線，其納米線生長在襯底上，納米線的直徑約為 30-200nm，長度約為 2-10 u m。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明制備出六硼化鑭納米線，實(shí)驗(yàn)過程簡單，易于操作，產(chǎn)量高，納米線質(zhì)量好，結(jié)晶度高，不需要復(fù)雜的工藝條件，便于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I中六硼化鑭樣品的SEM照片。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中六硼化鑭納米線的XRD譜。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中六硼化鑭納米線的SEM照片。圖4a是本發(fā)明實(shí)施例2中單根六硼化鑭納米線TEM照片。圖4b是本發(fā)明實(shí)施例2中六硼化鑭納米線的高分辨TEM照片。圖4c是本發(fā)明實(shí)施例2中六硼化鑭納米線的電子衍射照片。圖5是本發(fā)明實(shí)施例3中六硼化鑭樣品的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)一步的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表不的范圍。實(shí)施例I :(I)把銅襯底放入小燒杯內(nèi)，并加入少許乙醇，超聲清洗30分鐘；然后加入丙酮清洗；最后在空氣中自然晚干，以備待用。(2)稱量約0. Ig的LaCl3*7H20，放入石英小試管的底部，并把石英小試管放置到管式電爐的石英管中部。(3)把前述銅襯底放到石英板上，并把石英板置入管式電爐的石英管前驅(qū)體的下氣流方向；密封石英管，充滿保護(hù)和還原氣體，然后對(duì)石英管抽真空。(4)在真空條件下以升溫速率約為15°C/min加熱石英管到900°C，通入硼源，其流速為IOsccm ;保持10分鐘。(5)最后在真空氣氛下降溫，直至冷卻至室溫；取出銅襯底直接觀察。圖I為本實(shí)施例所制備樣品的SEM照片，從圖中可以看出，除了塊狀材料之外，還有納米線出現(xiàn)，直徑約50-200納米。
實(shí)施例2(I)把銅襯底放入小燒杯內(nèi)，并加入少許乙醇，超聲清洗30分鐘；然后加入丙酮清洗；最后在空氣中自然晚干，以備待用。
(2)稱量約O. 2g的LaCl3*7H20，放入石英小試管的底部，并把石英小試管放置到管式電爐的石英管中部。(3)把前述銅襯底放到石英板上，并把石英板置入管式電爐的石英管前驅(qū)體的下氣流方向；密封石英管，充滿保護(hù)和還原氣體，然后對(duì)石英管抽真空。(4)在真空條件下以升溫速率約為15°C/min加熱石英管到960°C，通入硼源，其流速為30sccm ;保持20分鐘。圖2是所制備樣品的X射線衍射(XRD)譜。衍射峰可以分為兩大類一類為簡單立方結(jié)構(gòu)的六硼化鑭(JCPDS卡73-1669)，對(duì)應(yīng)的晶格常數(shù)a=4.13A，空間群為Pm_3m ’另一類為面心結(jié)構(gòu)的銅峰(銅峰為圖中箭頭所指，JCPDS卡89-2838)，空間群為Fm_3m。圖3是所制備樣品的SEM照片，從圖中可以看出，襯底表面上有大量的尖維狀的納米線出現(xiàn)，從形貌上看，納米線頂端很尖；直徑約30-200nm之間，長度約2_10 μ m。圖4a是一根納米線的TEM形貌像。從形貌像可知這根納米線的直徑約50nm ;右下角的形貌顯示了納米線頂端比較平整。圖4b是納米線的高分辨晶格條紋像。圖中的兩個(gè)垂直方向出現(xiàn)的條紋間距均為
O.41nm，分別對(duì)應(yīng)于簡單立方結(jié)構(gòu)LaB6的(100)和(010)晶面。圖4c是納米線選區(qū)電子衍射照片，可以根據(jù)簡單立方結(jié)構(gòu)的LaB6指標(biāo)化，這與圖2中的X射線粉末衍射所得到的結(jié)果一致。而且綜合圖4a、4b和4c可知納米線的生長方向?yàn)閇100]。實(shí)施例3(I)把銅襯底放入小燒杯內(nèi)，并加入少許乙醇，超聲清洗30分鐘；然后加入丙酮清洗；最后在空氣中自然晚干，以備待用。(2)稱量約O. 3g的LaCl3*7H20，放入石英小試管的底部，并把石英小試管放置到管式電爐的石英管中部。(3)把前述銅襯底放到石英板上，并把石英板置入管式電爐的石英管前驅(qū)體的下氣流方向；密封石英管，充滿保護(hù)和還原氣體，然后對(duì)石英管抽真空。(4)在真空條件下以升溫速率約為15°C /min加熱石英管到1020°C，通入硼源，其流速為50sccm ;保持30分鐘。(5)最后在真空氣氛下降溫，直至冷卻至室溫；取出銅襯底直接觀察。圖5是本實(shí)施例樣品六硼化鑭納米線的SEM照片，從圖中可以看出，除了尺寸較大的塊體材料之外還有少量的納米線出現(xiàn)，納米線直徑約IOOnm左右。以上實(shí)例的檢測設(shè)備是用X射線衍射儀XRD (D8/Advance)、掃描電鏡SEM(HitachiS 4800)、透射電鏡TEM(JEM_2010HR)等進(jìn)行觀察和分析。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種六硼化鑭納米線的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)把銅襯底放入小燒杯內(nèi)，并加入少許乙醇，超聲清洗30分鐘；然后加入丙酮清洗；最后在空氣中自然晚干，以備待用； (2)稱量一定量的鑭源，放入石英小試管的底部，并把石英小試管放置到管式電爐的石英管中部； (3)把前述銅襯底放到 石英板上，并把石英板置入管式電爐的石英管前驅(qū)體的下氣流方向；密封石英管，充滿保護(hù)氣體和還原氣體，然后對(duì)石英管抽真空； (4)在真空條件下以升溫速率約為15°C/min加熱石英管到900-1020°C，通入硼源，其流速為10-50sccm ;保持10-30分鐘。
(5)最后在真空氣氛下降溫，直至冷卻至室溫；取出銅襯底直接觀察。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中的銅為紫銅；所述步驟(2)中的鑭源為LaCl3 7H20，其純度為99. 9% ;所述步驟(3)保護(hù)氣體為Ar氣，還原氣體為H2;所述步驟⑷中的硼源為5%的B2H6和95%的Ar混合氣，混合氣以體積百分比計(jì)量。
3.一種由權(quán)利要求I所述方法制備的六硼化鑭納米線，其特征在于，六硼化鑭納米線生長在襯底上，直徑約為30-200nm，長度約為2_10 u m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在銅襯底上制備六硼化鑭納米線的方法，包括以下步驟(1)清洗銅襯底，去除銅襯底上的油污；(2)將鑭源放入管式電爐的石英管中部，并把銅襯底放到前驅(qū)體的下氣流方向，密封石英管，充滿保護(hù)和還原氣體，然后對(duì)石英管抽真空并升溫；(3)石英管加熱到900-1020攝氏度，然后通入乙硼烷氣體恒溫反應(yīng)10至30分鐘；(4)停止通入乙硼烷，在真空氣氛下降溫。本發(fā)明所述的在銅襯底上制備六硼化鑭納米線的方法簡單，無需任何催化劑；制備出的LaB6納米線可作為冷陰極電子源，應(yīng)用于場致電子發(fā)射平板顯示器，冷陰極發(fā)光管，場發(fā)射壓力傳感器等，在場致電子發(fā)射顯示材料方面有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B35/04GK102616799SQ201210071268
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者于永生, 余本海, 侯廣華, 王紅軍, 王艷蕊, 董寶平, 許軍旗 申請(qǐng)人:余本海, 王艷蕊, 許軍旗