專利名稱：熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的裝置和方法
背景技術(shù)：
一維納米結(jié)構(gòu)材料，包括納米線、納米帶以及同軸納米電纜是近幾年納 米科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點，目前已經(jīng)發(fā)展了多種方法制備一維納米結(jié)構(gòu) 材料，包括溶液法、化學(xué)氣相沉積、模板法、物理熱蒸發(fā)方法。在這些方法 中又以物理熱蒸發(fā)方法被得到廣泛應(yīng)用。通過這種方法可以制備目前大多數(shù) 一維納米結(jié)構(gòu)材料，包括硅納米線、納米帶，氧化物納米線和納米帶等眾多
有應(yīng)用前景的 一 維納米結(jié)構(gòu)材料(Z. R. Dai等Advanced Funct ional Materials, 13(1)， 9 24， 2003; US專利20020094450， 6303015B1)。但是， 目前所用物理熱蒸發(fā)方法是將原料先放置在要加熱的區(qū)域，然后對系統(tǒng)抽真 空調(diào)節(jié)氣壓，再對系統(tǒng)進行解熱。在加熱的過程中原料的溫度也在慢慢的升 高，而原料在升溫的過程中就己經(jīng)慢慢的開始蒸發(fā)，蒸發(fā)物會隨載氣擴散到 低溫區(qū)域沉積下來進行一維納米結(jié)構(gòu)的生長。由此看來，系統(tǒng)在進入保溫狀 態(tài)前，其實原料己經(jīng)開始蒸發(fā)并持續(xù)到保溫溫度，在這個過程中，溫度是一 直增加變化的，這樣， 一維納米結(jié)構(gòu)的生長就是在一種不穩(wěn)定的狀態(tài)下進行 的。因此，需要禁止原料在系統(tǒng)溫度和氣壓達到穩(wěn)定狀態(tài)之前蒸發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的裝置。 本發(fā)明的再一目的是提供熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的方法。
本發(fā)明的熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)的裝置包括裝載熱蒸發(fā)原料的 舟，滑桿，生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底，熱蒸發(fā)部件，加熱爐；
一熱蒸發(fā)部件的一端開有載氣出口，另一端開有載氣進口；
熱蒸發(fā)部件置于加熱爐中，在熱蒸發(fā)部件開有載氣進口的一端安裝有--門，在門上安裝有可伸入熱蒸發(fā)部件中的滑桿，滑桿固定連接一裝載熱蒸發(fā) 原料的舟，在位于加熱爐部分的熱蒸發(fā)部件中有生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底。
所述的載氣出口用于抽熱蒸發(fā)部件的真空。
所述的載氣進口用于向熱蒸發(fā)部件中通反應(yīng)氣體、載氣和/或保護氣體。
所述的熱蒸發(fā)部件置于加熱爐中是部分熱蒸發(fā)部件在加熱爐中。
所述的熱蒸發(fā)部件是一爐管，其截面形狀可以是圓形、矩形或橢圓形；其 材料可以是陶瓷、玻璃、石英或金屬。 一維納米結(jié)構(gòu)材料的制備在熱蒸發(fā)部 件中完成。
為了穩(wěn)定達到穩(wěn)定蒸發(fā)的目的，本發(fā)明裝置中的原料傳輸部件一裝載熱蒸 發(fā)原料的舟的材料可以是陶瓷、石英、玻璃或金屬。主要根據(jù)制備一維納米 結(jié)構(gòu)材料的最高溫度選定裝載熱蒸發(fā)原料的舟的材料；裝載熱蒸發(fā)原料的舟 的尺寸根據(jù)熱蒸發(fā)部件的大小和恒溫區(qū)大小以及所需承載原料的多少而定。
所述的滑桿材料可以是陶瓷、石英、玻璃或金屬。其長度要保證能夠?qū)⒀b 載熱蒸發(fā)原料的舟推送到熱蒸發(fā)部件的恒溫區(qū)中心。所述的滑桿可以通過手 推、磁力、電力或液壓等方式移動。
滑桿與裝載熱蒸發(fā)原料的舟用于在系統(tǒng)氣壓和溫度穩(wěn)定的情況下將原料 輸送到熱蒸發(fā)反應(yīng)溫區(qū)?；瑮U可以通過密封部件使得滑桿移動的過程中保持 系統(tǒng)密閉。同樣可以通過磁力傳動裝置、電力傳動裝置或液壓傳動裝置實現(xiàn) 滑桿移動以及系統(tǒng)之間的密封。
所述的裝載熱蒸發(fā)原料的舟可以在滑桿的帶動下移動。裝載熱蒸發(fā)原料的 舟和滑桿可根據(jù)制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的需要為一個或一個以上。
本發(fā)明的熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的方法，該方法包括以下步
驟
(1) 將一生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底由熱蒸發(fā)部件的門放置在位于加熱爐 中的熱蒸發(fā)部件中，該生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底根據(jù)不同一維納米結(jié)構(gòu)材料 生長的需要，可以是晶體、石英、陶瓷、玻璃或金屬，在生長一維納米結(jié)構(gòu) 的基底上可以有金屬催化劑或無金屬催化劑；
(2) 將制備一維納米結(jié)構(gòu)材料需要熱蒸發(fā)的原料放置于裝載熱蒸發(fā)原料
的舟內(nèi)，關(guān)閉門，將裝載熱蒸發(fā)原料的舟通過滑桿移動到歩驟(1)所述的熱
蒸發(fā)部件的一端；
(3) 由步驟(2)的熱蒸發(fā)部件的載氣出口將熱蒸發(fā)部件抽真空到需要的 背底真空，然后由熱蒸發(fā)部件的載氣進口通入載氣、反應(yīng)氣體和/或保護氣體， 使熱蒸發(fā)部件的氣壓穩(wěn)定在需要的壓強下；
(4) 對步驟(3)的熱蒸發(fā)部件按所需的加熱速度和程序加熱至所需的溫 度并使之穩(wěn)定；
(5) 將歩驟(2)裝載熱蒸發(fā)原料的舟通過滑桿移動到歩驟(4)所述的 熱蒸發(fā)部件的恒溫區(qū)(熱蒸發(fā)溫區(qū))，這時，原料就在恒溫區(qū)溫度下均勻蒸發(fā)， 并在生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底上均勻穩(wěn)定生長一維納米結(jié)構(gòu)材料；待到一定 時間后，將裝載熱蒸發(fā)原料的舟通過滑桿拉出恒溫區(qū)至熱蒸發(fā)部件的低溫區(qū)， 原料就停止蒸發(fā)；
(6) 將步驟(5)所述的熱蒸發(fā)部件的溫度按照需要的速度和程序降至室 溫，打開熱蒸發(fā)部件的門，取出生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底，在生長一維納米 結(jié)構(gòu)的基底上得到穩(wěn)定生長的均勻一維納米結(jié)構(gòu)材料。
所述的金屬催化劑可以是金、銀、銦、鎵、鐵、錫、鋁、銅、鎂或鋅。 所述的保護氣體可以是氬氣、氮氣、氦氣、氫氣、氖氣或它們之間的混 合氣體。
所述的載氣可以是氬氣、氮氣、氦氣、氫氣、氖氣、空氣或它們之間的 混合氣體。
所述的一維納米結(jié)構(gòu)材料可以是納米線、異質(zhì)結(jié)納米線、納米棒、納米 柱、納米管、納米晶須、納米纖維、納米同軸結(jié)構(gòu)或納米帶。
所述的熱蒸發(fā)原料可以是在一定溫度和氣壓下由液體變?yōu)闅怏w的揮發(fā)或 蒸發(fā)的液體原料，也可以是在一定溫度和氣壓下?lián)]發(fā)和升華的由固體變?yōu)闅?體的固體原料。
本發(fā)明與現(xiàn)有的物理熱蒸發(fā)制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的裝置和方法相比， 本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的裝置和方法。該方法的優(yōu)點 是能夠很好地控制原料的蒸發(fā)；能夠使原料在一恒定的溫度和壓強下穩(wěn)定 蒸發(fā)，從而保證了最終一維納米結(jié)構(gòu)材料的穩(wěn)定生長和均勻性。該裝置通過
進一步擴展，設(shè)置多個舟，每個舟通過各自的滑桿移動，根據(jù)需要，在所需 要的時間和溫度下將不同的原料推到所需要的位置，這樣就實現(xiàn)了多原料的 穩(wěn)定蒸發(fā)，可以完成多組分一維納米結(jié)構(gòu)材料的制備或摻雜。


圖l.本發(fā)明實施例l、 2、 3在穩(wěn)定制備納米線時，熱蒸發(fā)部件溫度和氣 壓達到穩(wěn)定前的各部件位置示意圖。
圖2.本發(fā)明實施例1、 2、 3在穩(wěn)定制備納米線時，熱蒸發(fā)部件溫度和氣 壓達到穩(wěn)定后的各部件位置示意圖。
圖3.本發(fā)明實施例4中采用雙舟和雙滑桿，穩(wěn)定制備硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線 時，熱蒸發(fā)部件溫度和氣壓達到穩(wěn)定前的各部件位置示意圖。
圖4.本發(fā)明實施例4中采用雙舟和雙滑桿，穩(wěn)定制備硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線 時，熱蒸發(fā)部件溫度和氣壓達到穩(wěn)定后的各部件位置示意圖。
圖5.本發(fā)明實施例4中采用雙舟和雙滑桿，穩(wěn)定制備硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線 時，熱蒸發(fā)部件溫度和氣壓達到穩(wěn)定后的各部件位置示意圖。
圖6.實施例1制備的硅納米線。
圖7.實施例2制備的氧化鋅納米線。
圖8.實施例3制備的氧化鋁納米線。 附圖標(biāo)記
1.裝載熱蒸發(fā)原料的舟 2.滑桿 3.生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底
4.熱蒸發(fā)部件 5.加熱爐
具體實施例方式
實施例1.穩(wěn)定制備硅納米線穩(wěn)定生長的裝置和方法
請參閱圖1。熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)的裝置包括裝載熱蒸發(fā)原料
的舟l，滑桿2，生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底3， 一端開有載氣出口，另一端開 有載氣進口的熱蒸發(fā)部件4， 一管式加熱爐5。
裝載熱蒸發(fā)原料的舟選用高純氧化鋁陶瓷舟，裝載熱蒸發(fā)原料的舟的長 度為12.5厘米，寬和高各為1.5厘米?；瑮U采用氧化鋁桿制成，滑桿長110 厘米，滑桿與裝載熱蒸發(fā)原料的舟之間固定連接。生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底 采用硅單晶片，并經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體清洗工藝清洗；生長一維納米結(jié)構(gòu)的基 底硅單晶片距熱蒸發(fā)部件中心15厘米并處于載氣流動的下游。熱蒸發(fā)部件是
一管外徑為45毫米、內(nèi)徑為42毫米的高純氧化鋁陶瓷管，兩端通過密封圈 密封，熱蒸發(fā)部件長140厘米。管式加熱爐的恒溫區(qū)長為IO厘米；
熱蒸發(fā)部件4置于加熱爐5中，在熱蒸發(fā)部件4開有載氣進口的一端安裝 有一門，在門上安裝有可伸入熱蒸發(fā)部件4中的滑桿2，滑桿固定連接一裝載 熱蒸發(fā)原料的舟1，在位于加熱爐5部分的熱蒸發(fā)部件4中有生長一維納米結(jié) 構(gòu)的基底3。
將該裝置用于硅納米線的穩(wěn)定均勻生長。將上面所述的經(jīng)過清洗的硅單 晶片基底由熱蒸發(fā)部件的門置于所述的位置。將2.5克用于熱蒸發(fā)的一氧化 硅(Si0)原料置于裝載熱蒸發(fā)原料的舟內(nèi)，關(guān)閉門，將裝載熱蒸發(fā)原料的舟 用滑桿拉出到熱蒸發(fā)部件的一端。由載氣出口將整個熱蒸發(fā)部件抽真空到 10—4Pa背底真空。由載氣進口通入保護性氣體氬氣和氫氣的混合氣體(氬氣 氫氣的體積比為95: 5)，流量為100sccm。將氣壓穩(wěn)定在需要的20000Pa壓 強。等到氣壓穩(wěn)定后，將熱蒸發(fā)部件由加熱爐根據(jù)需要的程序和速度升到所 需的溫度。本實施例中采用均勻升溫至1350°C，升溫速度為10。C/分鐘。待 到熱蒸發(fā)部件恒溫區(qū)溫度穩(wěn)定在135(TC之后，將載有熱蒸發(fā)原料一氧化硅的 舟由滑桿推到熱蒸發(fā)部件的恒溫區(qū)(圖2所示)。裝載熱蒸發(fā)原料的舟在恒溫 區(qū)中停留2小時。之后，將裝載熱蒸發(fā)原料的舟由滑桿拉出回到熱蒸發(fā)部件 的外端(圖l所示)。然后將熱蒸發(fā)部件按需要的程序和速度降溫。本實施例 中采用自然降溫。待到整個熱蒸發(fā)部件的溫度降到室溫后，打開熱蒸發(fā)部件 的門，取出生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底，在生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底上即可得 到穩(wěn)定生長的硅納米線。
實施例2.穩(wěn)定制備氧化鋅納米線穩(wěn)定生長的裝置和方法 本實施例采用如實施例1結(jié)構(gòu)的裝置。
裝載熱蒸發(fā)原料的舟選用石英舟，裝f^熱蒸發(fā)原料的舟的長度為10厘米， 寬和高各為1厘米?；瑮U采用石英制成，滑桿長100厘米，滑桿與裝載熱蒸 發(fā)原料的舟之間固定連接。生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底采用氧化鋁陶瓷片，并 經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體清洗工藝清洗；生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底氧化鋁陶瓷片距 熱蒸發(fā)部件中心20厘米并處于載氣流動的下游。熱蒸發(fā)部件是一管外徑為40 毫米、內(nèi)徑為38毫米的石英管，兩端通過密封圈密封，熱蒸發(fā)部件長120厘 米。管式加熱爐的恒溫區(qū)長為8厘米；
將該裝置用于氧化鋅納米線的穩(wěn)定均勻生長。將上面所述的經(jīng)過清洗的 氧化鋁陶瓷片基底由熱蒸發(fā)部件的門置于所述的位置。將氧化鋅粉末和石墨 以10: 1 (重量比)的比例1.5克均勻混合后置于裝載熱蒸發(fā)原料的舟內(nèi)作為 熱蒸發(fā)的原料，關(guān)閉門，將裝載熱蒸發(fā)原料的舟用滑桿拉出到熱蒸發(fā)部件的 一端。由載氣出口將整個熱蒸發(fā)部件抽真空到10—3Pa背底真空。由載氣進口 通入氬氣和氧氣的混合氣體作為載氣(氬氣氧氣的體積比為98: 2)，流量
為50sccm。將氣壓穩(wěn)定在需要的5000Pa壓強。等到氣壓穩(wěn)定后，將熱蒸發(fā)部 件由加熱爐根據(jù)需要的程序和速度升到所需的溫度。本實施例中采用均勻升 溫至IIO(TC，升溫速度為1(TC/分鐘。待到熱蒸發(fā)部件恒溫區(qū)溫度穩(wěn)定在1100 'C之后，將載有熱蒸發(fā)原料的舟由滑桿推到熱蒸發(fā)部件的恒溫區(qū)(圖2所示)。 裝載熱蒸發(fā)原料的舟在恒溫區(qū)中停留1小時。之后，將裝載熱蒸發(fā)原料的舟 由滑桿拉出回到熱蒸發(fā)部件的外端(圖1所示)。然后將熱蒸發(fā)部件按需要的 程序和速度降溫。本實施例中采用自然降溫。待到整個熱蒸發(fā)部件的溫度降 到室溫后，打開熱蒸發(fā)部件的門，取出生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底，在生長一 維納米結(jié)構(gòu)的基底上即可得到穩(wěn)定生長的氧化鋅納米線。
實施例3.穩(wěn)定制備氧化鋁納米線穩(wěn)定生長的裝置和方法 本實施例采用如實施例1結(jié)構(gòu)的裝置。
裝載熱蒸發(fā)原料的舟選用高純氧化鋁陶瓷舟，裝載熱蒸發(fā)原料的舟的長 度為12. 5厘米，寬和高各為1. 5厘米?；瑮U采用金屬不銹鋼制成，滑桿長110 厘米，滑桿與裝載熱蒸發(fā)原料的舟之間固定連接。生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底 采用硅單晶片，并經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體清洗工藝清洗；生長一維納米結(jié)構(gòu)的基 底硅單晶片距熱蒸發(fā)部件中心IO厘米并處于載氣流動的下游。熱蒸發(fā)部件是 一管外徑為45毫米、內(nèi)徑為42毫米的高純氧化鋁陶瓷管，兩端通過密封圈 密封，熱蒸發(fā)部件長140厘米。管式加熱爐的恒溫區(qū)長為10厘米；
將該裝置用于氧化鋁納米線的穩(wěn)定均勻生長。將上面所述的經(jīng)過清洗的 硅單晶片基底由熱蒸發(fā)部件的門置于所述的位置。將氧化鋁粉末和鋁粉以及
石墨以10: 1: 5 (重量比)的比例1克均勻混合后置于裝載熱蒸發(fā)原料的舟
內(nèi)作為熱蒸發(fā)的原料，關(guān)閉門，將裝載熱蒸發(fā)原料的舟用滑桿拉出到熱蒸發(fā)
部件的一端。由載氣出口將整個熱蒸發(fā)部件抽真空到10—3Pa背底真空。由載
氣進口通入氬氣和氫氣的混合氣體作為載氣(氬氣氫氣的體積比為95: 5)，
流量為60sccm。將氣壓穩(wěn)定在需要的50000Pa壓強。等到氣壓穩(wěn)定后，將熱
蒸發(fā)部件由加熱爐根據(jù)需要的程序和速度升到所需的溫度。本實施例中釆用 均勻升溫至U5(TC，升溫速度為1(TC/分鐘。待到熱蒸發(fā)部件恒溫區(qū)溫度穩(wěn) 定在115(TC之后，將載有熱蒸發(fā)原料的舟由滑桿推到熱蒸發(fā)部件的恒溫區(qū)(圖 2所示)。裝載熱蒸發(fā)原料的舟在恒溫區(qū)中停留90分鐘。之后，將裝載熱蒸發(fā) 原料的舟由滑桿拉出回到熱蒸發(fā)部件的外端(圖l所示)。然后將熱蒸發(fā)部件 按需要的程序和速度降溫。本實施例中采用自然降溫。待到整個熱蒸發(fā)部件 的溫度降到室溫后，打開熱蒸發(fā)部件的門，取出生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底， 在生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底上即可得到穩(wěn)定生長的氧化鋁納米線。
實施例4穩(wěn)定制備硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線穩(wěn)定生長的裝置和方法
請參閱圖3，熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線的裝置包括2個裝 載熱蒸發(fā)原料的舟l， 2個滑桿2，生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底3， 一端開有載 氣出口，另一端開有載氣進口的熱蒸發(fā)部件4， 一管式加熱爐5。
2個裝載熱蒸發(fā)原料的舟均選用高純氧化鋁陶瓷舟，裝載熱蒸發(fā)原料的舟 的長度均為12. 5厘米，寬和高各均為1. 5厘米。2個滑桿均采用氧化鋁桿制 成，滑桿均長110厘米，2個滑桿分別與2個裝載熱蒸發(fā)原料的舟之間固定連 接。生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底采用硅單晶片，并經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體清洗工藝 清洗;生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底硅單晶片距熱蒸發(fā)部件中心15厘米并處于載 氣流動的下游。熱蒸發(fā)部件是一管外徑為45毫米、內(nèi)徑為42毫米的高純氧 化鋁陶瓷管，兩端通過密封圈密封，熱蒸發(fā)部件長140厘米。管式加熱爐的 恒溫區(qū)長為10厘米；
將該裝置用于硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線的穩(wěn)定均勻生長。將上面所述的經(jīng)過清 洗的硅單晶基底由熱蒸發(fā)部件的門置于所述的位置。將2.5克用于熱蒸發(fā)的 一氧化硅(SiO)原料置于一個裝載熱蒸發(fā)原料的舟內(nèi)，將2.5克用于熱蒸發(fā) 的一氧化鍺(GeO)原料置于另一個裝載熱蒸發(fā)原料的舟內(nèi)，關(guān)閉門，將2個 裝載熱蒸發(fā)原料的舟用滑桿拉出到熱蒸發(fā)部件的一端。由出氣口將整個熱蒸 發(fā)部件抽真空到10—4Pa背底真空。由載氣進口通入保護性氣體氬氣和氫氣的 混合氣體(氬氣氫氣的體積比為95: 5)，流量為100sccm。將氣壓穩(wěn)定在 需要的20000Pa壓強。等到氣壓穩(wěn)定后，將熱蒸發(fā)部件由加熱爐根據(jù)需要的
程序和速度升到所需的溫度。本實施例中采用均勻升溫至1350°C，升溫速度 為8'C/分鐘。待到熱蒸發(fā)部件恒溫區(qū)溫度穩(wěn)定在135(TC之后，將載有熱蒸發(fā) 原料一氧化硅的舟由滑桿推到熱蒸發(fā)部件的恒溫區(qū)(圖4所示)。裝載熱蒸發(fā) 原料一氧化硅的舟在恒溫區(qū)中停留2分鐘。之后，將載有熱蒸發(fā)原料一氧化 硅的舟由滑桿拉出回到熱蒸發(fā)部件的外端(圖3所示)。之后，將載有熱蒸發(fā) 原料一氧化鍺的舟由滑桿推到熱蒸發(fā)部件的恒溫區(qū)(圖5所示)。載熱蒸發(fā)原 料一氧化鍺的舟在恒溫區(qū)中停留2分鐘。之后，再將載有熱蒸發(fā)原料一氧化 鍺的舟由滑桿拉出回到熱蒸發(fā)部件的外端。重復(fù)以上過程，將載有熱蒸發(fā)原 料一氧化硅的舟和載有熱蒸發(fā)原料一氧化鍺的舟交替推到恒溫區(qū)并停留2分 鐘。重復(fù)500次。將兩個載熱蒸發(fā)原料的舟都拉出回到熱蒸發(fā)部件的外端(圖 3所示)。然后將熱蒸發(fā)部件按需要的程序和速度降溫。本實施例中采用自然 降溫。待到整個熱蒸發(fā)部件的溫度降到室溫后，打開熱蒸發(fā)部件的門，取出 生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底，在生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底上即可得到穩(wěn)定生長 的硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線。
必須指出的是，本發(fā)明所提供的裝置和方法不限于實施例中采用的原料 傳輸方式，還可是采用其它傳輸方式將載熱蒸發(fā)原料的舟中的原料在裝置系 統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)下傳送到需要熱蒸發(fā)的溫度區(qū)域，比如，采用磁力傳送裝置、 電力傳送液壓傳送裝置等?？傊?，本發(fā)明包含了將熱蒸發(fā)原料傳送到指定溫 區(qū)的其它方法。
當(dāng)然，本發(fā)明也包括其它原料的傳送組合方式，比如，作為一維納米結(jié) 構(gòu)材料的摻雜制備，可以在熱蒸發(fā)部件溫度和壓力達到穩(wěn)定后將一維納米結(jié) 構(gòu)生長原料和摻雜原料同時或一前一后由各自的載熱蒸發(fā)原料的舟通過各自 的滑桿推到熱蒸發(fā)部件的需要位置。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明的精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這 些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包涵在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置包括裝載熱蒸發(fā)原料的舟，滑桿，生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底，熱蒸發(fā)部件，加熱爐；其特征是一熱蒸發(fā)部件的一端開有載氣出口，另一端開有載氣進口；熱蒸發(fā)部件置于加熱爐中，在熱蒸發(fā)部件開有載氣進口的一端安裝有一門，在門上安裝有可伸入熱蒸發(fā)部件中的滑桿，滑桿固定連接一裝載熱蒸發(fā)原料的舟，在位于加熱爐部分的熱蒸發(fā)部件中有生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的熱蒸發(fā)部件置于加熱爐 中是部分熱蒸發(fā)部件在加熱爐中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征是所述的熱蒸發(fā)部件是一爐 管，其截面形狀是圓形、矩形或橢圓形；熱蒸發(fā)部件的材料是陶瓷、玻璃、 石英或金屬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的裝載熱蒸發(fā)原料的舟和 滑桿為一個或一個以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的裝置，其特征是所述的裝載熱蒸發(fā)原料的 舟的材料是陶瓷、石英、玻璃或金屬；所述的滑桿材料是陶瓷、石英、玻璃 或金屬。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的生長一維納米結(jié)構(gòu)的基 底是晶體、石英、陶瓷、玻璃或金屬。
7. —種利用權(quán)利要求1 6任一項所述的裝置熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié) 構(gòu)材料的方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1) 將一生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底由熱蒸發(fā)部件的門放置在位于加熱爐 中的熱蒸發(fā)部件中；(2) 將制備一維納米結(jié)構(gòu)材料需要熱蒸發(fā)的原料放置于裝載熱蒸發(fā)原料 的舟內(nèi)，關(guān)閉門，將裝載熱蒸發(fā)原料的舟通過滑桿移動到步驟(1)所述的熱 蒸發(fā)部件的一端；(3) 由步驟(2)的熱蒸發(fā)部件的載氣出口將熱蒸發(fā)部件抽真空到需要的 背底真空，然后由熱蒸發(fā)部件的載氣進口通入載氣、反應(yīng)氣體和/或保護氣體，使熱蒸發(fā)部件的氣壓穩(wěn)定在需要的壓強下；(4) 對步驟(3)的熱蒸發(fā)部件按所需的加熱速度和程序加熱至所需的溫 度并使之穩(wěn)定；(5) 將步驟(2)裝載熱蒸發(fā)原料的舟通過滑桿移動到步驟(4)所述的 熱蒸發(fā)部件的恒溫區(qū)，這時，原料就在恒溫區(qū)溫度下均勻蒸發(fā)，并在生長一 維納米結(jié)構(gòu)的基底上穩(wěn)定均勻生長一維納米結(jié)構(gòu)材料；待到一定時間后，將 裝載熱蒸發(fā)原料的舟通過滑桿拉出恒溫區(qū)至熱蒸發(fā)部件的低溫區(qū)，原料就停 止蒸發(fā)；(6) 將步驟(5)所述的熱蒸發(fā)部件的溫度按照需要的速度和程序降至室 溫，打開熱蒸發(fā)部件的門，取出生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底，在生長一維納米 結(jié)構(gòu)的基底上得到穩(wěn)定生長的均勻一維納米結(jié)構(gòu)材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是在生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底 上進一步有金屬催化劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是所述的金屬催化劑是金、銀、 銦、鎵、鐵、錫、鋁、銅、鎂或鋅。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是所述的一維納米結(jié)構(gòu)材料是 納米線、異質(zhì)結(jié)納米線、納米棒、納米柱、納米管、納米晶須、納米纖維、 納米同軸結(jié)構(gòu)或納米帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱蒸發(fā)穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的裝置和方法。一熱蒸發(fā)部件的一端開有載氣出口，另一端開有載氣進口；熱蒸發(fā)部件置于加熱爐中，在熱蒸發(fā)部件開有載氣進口的一端安裝有可伸入熱蒸發(fā)部件中的滑桿，滑桿固定連接一裝載熱蒸發(fā)原料的舟，在位于加熱爐部分的熱蒸發(fā)部件中有生長一維納米結(jié)構(gòu)的基底。在溫度和氣壓穩(wěn)定在所設(shè)定值以后，原料能夠通過滑桿傳輸?shù)綗嵴舭l(fā)部件的恒溫區(qū)，致使原料在同一溫度下均勻蒸發(fā)，以達到穩(wěn)定均勻地制備一維納米結(jié)構(gòu)的目的。本發(fā)明克服了以往熱蒸發(fā)制備一維納米結(jié)構(gòu)材料時原料不能在同一溫度下均勻蒸發(fā)、進而很難穩(wěn)定制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的障礙，更容易穩(wěn)定制備均勻的一維納米結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號B82B3/00GK101190780SQ200710121278
公開日2008年6月4日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者凌世婷, 師文生, 穆麗璇 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所