CN101603200A - 一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法 - Google Patents
一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101603200A CN101603200A CNA2009100438848A CN200910043884A CN101603200A CN 101603200 A CN101603200 A CN 101603200A CN A2009100438848 A CNA2009100438848 A CN A2009100438848A CN 200910043884 A CN200910043884 A CN 200910043884A CN 101603200 A CN101603200 A CN 101603200A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crystal whisker
- gas
- preparation
- reaktionsofen
- diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法，包括以下工艺步骤：1.将WO3粉末及沉积基底依次放置于炉内气氛为惰性气体或氮气的反应炉中，加热至850～1100℃；2.从所述反应炉中放置有WO3粉末的一端通入携带有水蒸汽的流动载气，其中的水蒸汽直接与所述WO3粉末反应，生成气态WO2(OH)2；同时，向所述反应炉中通入还原性气体，所述还原性气体与所述气态WO2(OH)2发生还原反应，即在所述沉积基底上形成W晶须阵列；3.达到设定的反应时间后，先关闭载气，保持反应炉内还原性气氛不变，随炉降温至室温。本发明工艺合理、操作方便、设备简单、合成温度低、产率高、所合成的钨晶须直径和长度可控，合成成本低、能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种W晶须阵列制备技术领域，特别是指一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法。
背景技术
难熔金属W具有高密度(19.3g/cm3)、高熔点(～3420℃，所有金属中最高)、低蒸汽压(所有金属中最低)和高电子发射率，优异的高温力学性能，抗强酸和强碱腐蚀性等特性。W晶须因其高密度、高熔点、高弹性模量(～400GPa)、高强度(～28GPa)等一系列独特性能，而成为制作高性能钨合金穿甲弹的理想材料，有望能替代具有辐射性的贫铀弹。同时，有研究表明W纳米晶须在稳定性和场增益等重要性能参数上要优于碳纳米管，因此由W纳米晶须组成的阵列是非常理想的场电子发射源。此外，W纳米晶须，因为其优异的电学性能，在微-纳电子元器件中具有广泛的应用前景。
在本项发明之前，有关W微/纳米晶须阵列的合成方法有三种。
(1)高温物理气相沉积法：在1500～1600℃的温度下蒸发钨源，通过物理气相沉积方式形成W晶须阵列；(2)氧化钨纳米晶须还原法：先合成氧化钨纳米晶须阵列，再在还原气氛中使其转换为W晶须阵列；(3)自催化方法：通过基底上金属W膜在退火过程中的自催化方式形成W纳米晶须阵列。上述第一种方法要求的反应温度非常高，且很难对形成的W晶须的直径和长径比进行控制；上述第二种方法无法合成具有长径比较高的单晶W晶须，且实验条件非常苛刻；上述第三种方法所合成的W纳米晶须的长度通常只在2微米以内，无法合成高长径比的W晶须。上述方法的种种不足，大大制约了W晶须的应用。
发明内容
本发明旨在克服现有技术之不足而提供一种工艺合理、操作方便、设备简单、合成温度低、产率高、所合成的钨晶须直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法。
本发明一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法，包括以下工艺步骤：
第一步：将粒度为100～600目、纯度为98％～99.99％的WO3粉末及沉积基底依次放置于炉内气氛为惰性气体或氮气的反应炉中，所述沉积基底距WO3粉末5～10mm，加热至850～1100℃；
第二步、从所述反应炉中放置有WO3粉末的一端通入携带有水蒸汽的流动载气，所述流动载气直接与所述WO3粉末接触，其中的水蒸汽直接与所述WO3粉末反应，生成气态WO2(OH)2，所述流动载气流速为15～100立方厘米/秒，压力为：104～106Pa，所述水蒸汽的露点为20～60℃；同时，向所述反应炉中通入与所述流动载气同方向运动的还原性气体，所述还原性气体与所述气态WO2(OH)2发生还原反应，即在所述沉积基底上形成W晶须阵列，所述还原性气体流速为：15～100立方厘米/秒；压力为：104～106Pa的；
第三步、达到设定的反应时间后，先关闭载气，保持反应炉内还原性气氛不变，随炉降温至室温。
本发明中，所述反应炉为水平管式炉。
本发明中，所述流动载气为惰性气体或氮气中的一种。
本发明中，所述还原性气体为氢气或一氧化碳气体中的一种。
本发明中，所述沉积基底为硅，石英或氧化铝中的一种。
本发明由于采用上述工艺，与现有技术相比，具有以下优点：
1.W晶须的合成温度低，本发明在850～1100℃即可合成W晶须阵列，远低于物理气相沉积方法要求的1500～1600℃，因此，合成成本低、能耗低；
2.W晶须的合成过程中没有添加催化剂或模板，因此，所合成的W晶须具有完好的单晶结构，没有表面和内部缺陷，纯度高，且合成设备简单，产率高；
3.可以通过调节合成温度，控制所合成的钨晶须的直径；
4.可以通过调节气相沉积时间，控制所合成的W晶须的长度。
综上所述，本发明工艺合理、操作方便、设备简单、合成温度低、产率高、所合成的钨晶须直径和长度可控，合成成本低、能耗低。
附图说明
附图1为本发明实施1所获得的W晶须阵列的扫描电镜照片。
附图2为本发明实施1所获得的W晶须的X射线衍射图谱。
附图3为本发明实施1所获得的W晶须的低倍透射电镜照片。
附图4为本发明实施1所获得的W晶须的高分辨透射电镜照片和对应的选区电子衍射图谱。
附图5为本发明实施2所获得的W晶须阵列的扫描电镜照片。
附图6为本发明实施3所获得的W晶须阵列的扫描电镜照片。
附图7为本发明实施4所获得的W晶须阵列的扫描电镜照片。
附图8为本发明实施4所获得的W晶须的低倍透射电镜照片和对应的选区电子衍射图谱。
其中：
附图2表明形成的W晶须具有体心立方结构，且产物中没有氧化钨等其它杂质，其中的Si衍射峰来自于Si基底。
附图3表明形成的W晶须在轴向方向上具有非常均一的直径，没有出现表面台阶；因此不会因为表面台阶而引入表面缺陷。
附图4 表明W晶须具有体心立方结构，沿<111>方向生长，晶须具有完好的单晶结构，没有任何内部缺陷。
附图8表明W晶须具有完好的单晶结构，在轴向方向上具有非常均一的直径，没有出现表面台阶。
具体实施
实施例1
1、将10克粒度为100目、纯度为98％～99.99％WO3粉末置于直径为20mm的干净的石英管的一端，然后，将石英管装入水平管式炉的炉膛中；取尺寸为10mm×5mm×1mm的单晶Si(111)片，先于氢氟酸中清洗，然后在无水乙醇中超声波清洗5分钟，干燥后，放置在管式炉中，距石英管放置有WO3粉末的端口5mm处；向水平管式炉内通入氩气；同时，将管式炉加热到900℃。
2、从管式炉中放置有石英管的一端通入流速为15立方厘米/秒；压力为：104Pa；携带有水蒸汽的Ar气至石英管中直接与所述WO3粉末接触，其中的水蒸汽直接与所述WO3粉末反应，生成气态WO2(OH)2，所述水蒸汽的露点为20℃；同时，向管式炉内通入与所述Ar气同方向运动的氢气，所述氢气与所述气态WO2(OH)2发生还原反应，即在所述单晶Si(111)片基底上形成W晶须阵列；所述氢气的流速为15立方厘米/秒；压力为：104Pa；
3、在此温度下保温4小时，关闭氩气，保持氢气流速不变，将管式炉温度降到室温，所获得的W晶须的平均直径：180纳米，平均长度：19微米。
实施例2
1、将10克粒度为100目、纯度为98％～99.99％WO3粉末置于直径为20mm的干净的石英管的一端，然后，将石英管装入水平管式炉的炉膛中；取尺寸为10mm×5mm×1mm的单晶Si(111)片，先于氢氟酸中清洗，然后在无水乙醇中超声波清洗5分钟，干燥后，放置在管式炉中，距石英管放置有WO3粉末的端口5mm处；向水平管式炉内通入氩气；同时，将管式炉加热到1050℃。
2、从管式炉中放置有石英管的一端通入流速为60立方厘米/秒；压力为：104Pa；携带有水蒸汽的Ar气至石英管中直接与所述WO3粉末接触，其中的水蒸汽直接与所述WO3粉末反应，生成气态WO2(OH)2，所述水蒸汽的露点为20℃；同时，向管式炉内通入与所述Ar气同方向运动的氢气，所述氢气与所述气态WO2(OH)2发生还原反应，即在所述单晶Si(111)片基底上形成W晶须阵列；所述氢气的流速为100立方厘米/秒；压力为：104Pa；
3、在此温度下保温4小时，关闭氩气，保持氢气流速不变，将管式炉温度降到室温，所获得的W晶须的平均直径：2.25微米，晶须平均长度：20.5微米。
实施例3
1、将10克粒度为100目、纯度为98％～99.99％WO3粉末置于直径为20mm的干净的石英管的一端，然后，将石英管装入水平管式炉的炉膛中；取尺寸为10mm×5mm×1mm的单晶Si(111)片，先于氢氟酸中清洗，然后在无水乙醇中超声波清洗5分钟，干燥后，放置在管式炉中，距石英管放置有WO3粉末的端口10mm处；向水平管式炉内通入氩气；同时，将管式炉加热到900℃；
2、从管式炉中放置有石英管的一端通入流速为45立方厘米/秒；压力为：105Pa；携带有水蒸汽的Ar气至石英管中直接与所述WO3粉末接触，其中的水蒸汽直接与所述WO3粉末反应，生成气态WO2(OH)2，所述水蒸汽的露点为40℃；同时，向管式炉内通入与所述Ar气同方向运动的氢气，所述氢气与所述气态WO2(OH)2发生还原反应，即在所述单晶Si(111)片基底上形成W晶须阵列；所述氢气的流速为45立方厘米/秒；压力为：105Pa；
3、在此温度下保温18小时，关闭氩气，保持氢气流速不变，将管式炉温度降到室温，所获得的W晶须的平均直径：200纳米，晶须平均长度：40微米。
实施例4
1、将10克粒度为100目、纯度为98％～99.99％WO3粉末置于直径为20mm的干净的石英管的一端，然后，将石英管装入水平管式炉的炉膛中；取尺寸为10mm×5mm×1mm的氧化铝片，先于氢氟酸中清洗，然后在无水乙醇中超声波清洗5分钟，干燥后，放置在管式炉中，距石英管放置有WO3粉末的端口8mm处；向水平管式炉内通入氩气；同时，将管式炉加热到850℃；
2、从管式炉中放置有石英管的一端通入流速为100立方厘米/秒；压力为：106Pa；携带有水蒸汽的Ar气至石英管中直接与所述WO3粉末接触，其中的水蒸汽直接与所述WO3粉末反应，生成气态WO2(OH)2，所述水蒸汽的露点为60℃；同时，向管式炉内通入与所述Ar气同方向运动的氢气，所述氢气与所述气态WO2(OH)2发生还原反应，即在所述氧化铝片基底上形成W晶须阵列；所述氢气的流速为100立方厘米/秒；压力为：106Pa；
3、在此温度下保温4小时，关闭氩气，保持氢气流速不变，将管式炉温度降到室温，所获得的W晶须的平均直径：170纳米，平均长度：20微米。
Claims (5)
1、一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法，包括以下工艺步骤：
第一步：将粒度为100～600目、纯度为98％～99.99％的WO3粉末及沉积基底依次放置于炉内气氛为惰性气体或氮气的反应炉中，所述沉积基底距WO3粉末5～10mm，加热至850～1100℃；
第二步、从所述反应炉中放置有WO3粉末的一端通入携带有水蒸汽的流动载气，所述流动载气直接与所述WO3粉末接触，其中的水蒸汽直接与所述WO3粉末反应，生成气态WO2(OH)2，所述流动载气流速为15～100立方厘米/秒，压力为：104～106Pa，所述水蒸汽的露点为20～60℃；同时，向所述反应炉中通入与所述流动载气同方向运动的还原性气体，所述还原性气体与所述气态WO2(OH)2发生还原反应，即在所述沉积基底上形成W晶须阵列，所述还原性气体流速为：15～100立方厘米/秒；压力为：104～106Pa的；
第三步、达到设定的反应时间后，先关闭载气，保持反应炉内还原性气氛不变，随炉降温至室温。
2、根据权利要求1所述的一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法，其特征在于：所述反应炉为水平管式炉。
3、根据权利要求1所述的一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法，其特征在于：所述流动载气为惰性气体或氮气中的一种。
4、根据权利要求1所述的一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法，其特征在于：所述还原性气体为氢气或一氧化碳气体中的一种。
5、根据权利要求1所述的一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法，其特征在于：所述沉积基底为硅，石英或氧化铝中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2009100438848A CN101603200A (zh) | 2009-07-10 | 2009-07-10 | 一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2009100438848A CN101603200A (zh) | 2009-07-10 | 2009-07-10 | 一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101603200A true CN101603200A (zh) | 2009-12-16 |
Family
ID=41469094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2009100438848A Pending CN101603200A (zh) | 2009-07-10 | 2009-07-10 | 一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101603200A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103498190A (zh) * | 2013-09-16 | 2014-01-08 | 中国地质大学（北京） | 高纯度枝状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 |
| CN103498191A (zh) * | 2013-09-16 | 2014-01-08 | 中国地质大学（北京） | 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 |
-
2009
- 2009-07-10 CN CNA2009100438848A patent/CN101603200A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103498190A (zh) * | 2013-09-16 | 2014-01-08 | 中国地质大学（北京） | 高纯度枝状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 |
| CN103498191A (zh) * | 2013-09-16 | 2014-01-08 | 中国地质大学（北京） | 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 |
| CN103498191B (zh) * | 2013-09-16 | 2015-11-11 | 中国地质大学（北京） | 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 |
| CN103498190B (zh) * | 2013-09-16 | 2015-11-25 | 中国地质大学（北京） | 高纯度枝状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liang et al. | Large-scale synthesis of β-SiC nanowires by using mesoporous silica embedded with Fe nanoparticles | |
| Huo et al. | Synthesis of boron nitride nanowires | |
| CN103387213B (zh) | 一种氮化镓纳米线及其制备方法 | |
| JP4547519B2 (ja) | シリコンナノワイヤーの製造方法 | |
| CN103924298B (zh) | 一种氧化镓异质结结构及其生长方法和专用装置 | |
| CN103469155B (zh) | 高纯度高密度wo3/s核壳结构纳米颗粒的制备方法 | |
| CN103255374A (zh) | 一种制备有序一维有机纳米线阵列的方法 | |
| CN101284667B (zh) | 一种硅纳米管的制备方法 | |
| CN107758633A (zh) | 一种长直氮化硼纳米线的制备方法 | |
| CN101603200A (zh) | 一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法 | |
| CN109678138A (zh) | 一种单手性单壁碳纳米管的制备方法 | |
| CN104891456A (zh) | 一种一维α-Si3N4纳米材料及其制备方法 | |
| CN101353816A (zh) | 一种氧化钨铅笔状纳米结构阵列的生长方法 | |
| CN105800628A (zh) | 一种准一维稀土六硼化物纳米线的制备方法 | |
| JP3882077B2 (ja) | 酸化ガリウムを触媒とする窒化ホウ素ナノチューブの製造方法 | |
| JP2004161561A (ja) | 窒化ホウ素ナノチューブの製造方法 | |
| CN101311365B (zh) | 一种室温铁磁性Fe掺杂ZnO纳米线的制备方法 | |
| JP4556015B2 (ja) | 硫化亜鉛・珪素コア・シェルナノワイヤーとその製造方法 | |
| JP3985044B2 (ja) | 単結晶珪素ナノチューブとその製造方法 | |
| CN113788464B (zh) | 一种双过渡金属氧化物催化制备氮化硼纳米管的方法 | |
| CN114506827A (zh) | 一种鸡毛掸子状六方氮化硼微纳米管片复合结构的制备方法 | |
| CN101525767B (zh) | 一维纳米单晶管状碳化硅及其制备方法 | |
| CN102154627A (zh) | 一种制备独立自支撑透明氮化铝纳米晶薄膜的方法 | |
| CN103498190B (zh) | 高纯度枝状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 | |
| CN104233454A (zh) | 一种高效合成单晶六方氮化硼结构的取代反应方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091216 |