稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土和堿土六硼化物具有特殊的結(jié)構(gòu)使得其在磁、光、電等方面具有獨特的性質(zhì)，特別是具有一系列其它材料無法比擬的優(yōu)良特性，比如功函數(shù)低、熔點高、蒸發(fā)率低、硬度大、導(dǎo)電率高、化學(xué)穩(wěn)定性強等特點，正是由于該材料具備良好的物理性能和化學(xué)性能，用它制備的場發(fā)射電子源或器件性能穩(wěn)定，使用壽命長，這是其具有廣闊應(yīng)用前景的重要原因。該系列材料廣泛用于冷陰極發(fā)射源、傳感器、微電子器件等高性能電子源器件及雷達，航空航天，電子工業(yè)，儀器儀表，醫(yī)療器械等多種民用工業(yè)和國防工業(yè)。因此，制備和研究該系列六硼化物具有非常重要的科學(xué)價值和潛在的應(yīng)用價值。
[0003]目前常見的制備六硼化物納米線的方法主要有:(1)以稀土金屬、堿土金屬或者它們的無水氯化物為金屬源前驅(qū)體，以三氯化硼(BC13)為硼源前驅(qū)體的化學(xué)氣相沉積方法(Zhang H.et al.Single-Crystalline LaB6 Nanowires.J.Am.Chem.Soc.127,2862-2863，2005)。(2)以無水％13為稀土源前驅(qū)體，以十硼烷(B 1QH14)為硼源前驅(qū)體的化學(xué)氣相沉積方法(Brewer J.R.et al.Rare Earth Hexaboride Nanowires:GeneralSynthetic Design and Analysis Using Atom Probe Tomography.Chem.Mater.23,2606-2610.2011)。(3)以RC13.7H20為稀土源前驅(qū)體，以B2H6為硼源前驅(qū)體的化學(xué)氣相沉積方'法(Xu J.Q.et al.Fabricat1n of vertically aligned single-crystallinelanthanum hexaboride nanowire arrays and investigat1n of their field emiss1n.NPG Asia Materials.5，e53(l_9).2013.)。在第(1)種方法中，由于 BC13腐蝕性很強，所以合成樣品存在產(chǎn)量較低，形貌差等缺點；在第(2)種方法中，由于是B1(]H14是一種固體，并且需要在高溫下輸運，另外使用Pt、Au催化劑亦會增加生產(chǎn)成本；在第(3)種方法中，由于B2H6有劇毒，不宜采用其做硼源前驅(qū)體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，它簡單可行、成本低廉、產(chǎn)量高、結(jié)晶度高、產(chǎn)品質(zhì)量好，而且對環(huán)境友好，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，包括如下步驟:
1)將金屬源及硼源分別放入不同容器中，金屬源與硼源的質(zhì)量比為1-3:5-20，將裝有金屬源及硼源的容器均放置到管式電爐的石英管中部；
2)將純凈的襯底放到陶瓷舟上，并將陶瓷舟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，并充滿保護氣體，然后對石英管抽真空； 3)在真空條件下，以20-100°C/min的升溫速率加熱石英管到900-1100°C，保護氣體流速為20-200sccm ;保溫10-60分鐘；
4)最后在真空氣氛下自然冷卻，直至冷卻至室溫；取出襯底，獲得稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管。
[0006]所述的金屬源為稀土金屬的氯化物、堿土金屬的氯化物，或稀土金屬的氯化物與堿土金屬的氯化物的組合物。
[0007]所述的稀土金屬包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu ;所述的堿土金屬為Ca、Sr或Ba。
[0008]所述的硼源為硼氫化合物。
[0009]所述的保護氣體為氬氣。
[0010]所制備的納米線、納米棒和納米管直徑為20_800nm，長度為1_20 μ mD
[0011]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明以稀土金屬氯化物或堿土金屬氯化物中的一種或其組合物為金屬源，以硼氫化合物為硼源，在900-1050°C的條件下合成六硼化物納米線、納米棒。本方法不需要還原氣體和催化劑，并且對設(shè)備要求低，易于操作，具有工藝條件簡單，結(jié)晶度好，產(chǎn)率高等優(yōu)點，它不僅在空氣中穩(wěn)定性好，不需要昂貴的Au或者Pt作為催化劑，腐蝕性低。
【附圖說明】
[0012]附圖1為實施例1所制備樣品的X射線衍射(XRD)圖譜；
附圖2為實施例1中所制備樣品的SEM照片；
附圖3為實施例2中所制備樣品的SEM照片；
附圖4為實施例3中所制備樣品的SEM照片。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明的實施例1:稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，包括如下步驟:
1)稱量0.lg的LaCl3& 1.0g的NaBH 4分別放入不同容器中，將裝有金屬源及硼源的容器均放置到管式電爐的石英管中部；
2)將純凈的襯底放到陶瓷舟上，并將陶瓷舟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，并充滿保護氣體，保護氣體為氬氣，然后對石英管抽真空；
3)在真空條件下，以50°C/min的升溫速率加熱石英管到1050°C，保護氣體流速為lOOsccm ;保溫60分鐘；
4)最后在真空氣氛下自然冷卻至室溫；取出襯底直接觀察，其結(jié)果如圖2所示，從圖2中可以看出，除了納米顆粒之外，還有大量納米線、納米管的出現(xiàn)，直徑約20-600nm。
[0014]本發(fā)明的實施例2:稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，包括如下步驟:
1)稱量0.2g的LaCl3& 1.6g的KBH 4分別放入不同容器中，將裝有金屬源及硼源的容器均放置到管式電爐的石英管中部；
2)將純凈的襯底放到陶瓷舟上，并將陶瓷舟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，并充滿保護氣體，保護氣體為氬氣，然后對石英管抽真空；
3)在真空條件下，以60°C/min的升溫速率加熱石英管到1070°C，保護氣體流速為lOOsccm ;保溫15分鐘；
4)最后在真空氣氛下自然冷卻，直至冷卻至室溫；取出襯底直接觀察，其結(jié)果如圖3所示，從圖3中可以看出，除了納米顆粒之外，還有大量納米線、納米管的出現(xiàn)，直徑約20_800nmo
[0015]本發(fā)明的實施例3:稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，包括如下步驟:
1)稱量0.lg的CeCl3，0.lg的CaCl2，1.6g的NaBH4&KBH4*別放入不同容器中，將裝有金屬源及硼源的容器均放置到管式電爐的石英管中部；
2)將純凈的襯底放到陶瓷舟上，并將陶瓷舟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，并充滿保護氣體，保護氣體為氬氣，然后對石英管抽真空；
3)在真空條件下，以30°C/min的升溫速率加熱石英管到1070°C，保護氣體流速為60sccm ;保溫20分鐘；
4)最后在真空氣氛下自然冷卻，直至冷卻至室溫；取出襯底直接觀察，其結(jié)果如圖4所示，從圖4中可以看出，除了納米顆粒之外，還有大量納米線的出現(xiàn)，直徑約200-500nm。
[0016]根據(jù)以上實施例的產(chǎn)品的SEM照片可以產(chǎn)出，本發(fā)明具有產(chǎn)量高、結(jié)晶度高、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1.一種稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)將金屬源及硼源分別放入不同容器中，金屬源與硼源的質(zhì)量比為1-3:5-20，將裝有金屬源及硼源的容器均放置到管式電爐的石英管中部； 2)將純凈的襯底放到陶瓷舟上，并將陶瓷舟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，并充滿保護氣體，然后對石英管抽真空； 3)在真空條件下，以20-100°C/min的升溫速率加熱石英管到900-1100°C，保護氣體流速為20-200sccm ;保溫10-60分鐘； 4)最后在真空氣氛下自然冷卻至室溫；取出襯底，獲得稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，其特征在于:所述的金屬源為稀土金屬的氯化物、堿土金屬的氯化物，或稀土金屬的氯化物與堿土金屬的氯化物的組合物。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，其特征在于:所述的稀土金屬包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu ;所述的堿土金屬為Ca、Sr或Ba。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，其特征在于:所述的硼源為硼氫化合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，其特征在于:所述的保護氣體為氬氣。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法，其特征在于:所制備的納米線、納米棒和納米管直徑為20-800nm，長度為1_20 μπι。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種稀土和堿土六硼化物納米線、納米棒和納米管的制備方法。傳統(tǒng)的制備六硼化物納米線的方法存在成本高、毒性大、腐蝕性強等缺點。本發(fā)明公開了一種在襯底上新的反應(yīng)過程，以稀土金屬氯化物或堿土金屬氯化物中的一種或其組合物為金屬源，以硼氫化合物為硼源，在900~1050℃的條件下合成六硼化物納米線、納米棒和納米管。本方法不需要還原氣體和催化劑，具有工藝條件簡單，結(jié)晶度好，產(chǎn)率高等優(yōu)點。
【IPC分類】B82Y30/00, C01B35/04
【公開號】CN105271281
【申請?zhí)枴緾N201510339941
【發(fā)明人】肖立華, 唐東升
【申請人】貴州理工學(xué)院
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年6月18日