[发明专利]一种制备锗纳米管阵列的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种制备锗纳米管阵列的 方法。

背景技术

一维纳米材料具有与体材料不同的特殊物理和化学性能，在生物、化工、 电子等领域具有重要的潜在应用前景。纳米管是一种特殊的一维纳米材料， 特殊的中空结构使其具有更大的比表面积，因而在光催化和传感器等方面将 表现出优异的性能。由于目前技术手段的限制，一维纳米管的制备还比较困 难，因此如何有效的控制纳米管的生长仍然是一项有待解决的难题。

锗是一种重要的半导体材料。由于锗具有很高的电子传输速度，另外锗 的晶格常数和砷化镓接近，所以锗与三五族半导体化合物更容易兼容，其作 为半导体器件的应用开发正在广泛的进行中。纳米结构是器件微型化的重要 手段之一，更显出锗纳米结构的研究重要性。目前，已经有人用CVD、MBE 等方法制备出一维锗纳米线结构(Eli Sutter，Birol Ozturk and Peter Sutter， Nanotechnology，2008，19，435607；T.I.Kamins，X.Li，and R.Stanley Williams. Nano Letters，2004，4，503；CN200810019793，CN200710070240.9)，然而对于 锗的一维纳米管研究的还很少。本发明采用一种新的简单方法制备一维锗纳 米管，特别是一维锗纳米管阵列。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备锗纳米管阵列的方法。

本发明的制备锗纳米管阵列的方法是在氧化锌纳米线模板上用热蒸发的 方法生长锗，然后除去氧化锌模板后得到锗纳米管阵列，该方法包括以下步 骤：

1)在导电基片上用电化学沉积法生长氧化锌纳米线阵列：以铂片作为对 电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以导电基片作为工作电极；以锌盐和 氯化钾的水溶液作为电解液；将氧气通过导管不断地输送到电解液中的工作 电极表面附近进行鼓泡；同时电解液的温度保持在70～90℃之间；通过电化 学分析仪给所述的工作电极施加相对于所述的参比电极-0.8～-1.1V的电位； 电化学沉积60～300分钟，即得到生长在导电基片上的定向排列的氧化锌纳 米线阵列；

2)用热蒸发的方法在步骤1)得到的定向排列的氧化锌纳米线阵列表面 沉积一层锗薄膜：将步骤1)制备的表面生长有定向排列的氧化锌纳米线阵列 的导电基片放入管式炉中，且放置位置是离管式炉中部7～17cm的下游位置 处，将盛有锗粉的瓷舟放入管式炉的中部位置处；向管式炉中通入惰性气体 作为载气，管式炉内的压强为50～500Pa；将管式炉加热到900～1100℃，升 温速度为10～30℃/min；在上述温度下进行反应30～90分钟后，将管式炉自 然冷却到室温，取出导电基片；

3)用稀盐酸除去氧化锌纳米线阵列模板即可得到锗纳米管阵列：将步骤 2)得到的导电基片在稀盐酸中浸泡5～60秒，取出用蒸馏水冲洗，晾干，即 得到生长在导电基片上的锗纳米管阵列。

所述的锗纳米管为一端封闭的多晶或非晶结构，在导电基片上定向排列。

所述的锗纳米管的长度为1～5μm，直径为100～500nm，管壁厚度为20～ 60nm。

所述的导电基片为ITO玻璃、铜片或者硅片。

所述的电解液中的锌盐的浓度为0.05～0.3mmol/L，氯化钾的浓度为 0.1mol/L。所述的锌盐为氯化锌、酸酸锌或硝酸锌。

所述的氧化锌纳米线的长度为1～5μm，直径在50～200nm。

所述的惰性气体的流量为10～100sccm；所述的惰性气体为氮气或氩气。

所述的稀盐酸的质量浓度为5％～10％。

本发明是利用电化学沉积法在导电基片上生长定向排列的氧化锌纳米线 阵列，然后以定向排列的氧化锌纳米线阵列作为模板，用热蒸发的方法在氧 化锌纳米线表面沉积一层锗薄膜，由于形成的定向排列的氧化锌纳米阵列非 常致密，经过盐酸浸泡除去氧化锌模板后，剩余的空心锗管仍能保持阵列的 形貌从而得到一维锗纳米管阵列。本发明的方法简单，得到的锗纳米管一端 封闭长度为1～5μm，直径为100～500nm，管壁厚度为20～60nm，为多晶 或非晶结构。本发明制备的锗纳米管在导电基片上有序排列，长度、直径和 管壁厚度均可控。

附图说明