[发明专利]一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，特别提供了一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法。

背景技术

碲是一种重要的窄禁带半导体（直接禁带宽度0.35eV），不但具有良好的电导性、热电性、压电性、偏振性和非线性光学等物理性质，而且在气敏传感方面有较好的应用。由于其晶体结构本身的高各向异性，可无需模板、晶种、表面活性剂的辅助，就可形成一维管状结构，这激发了众多化学合成家的研究兴趣。

在近些年中，关于碲的一维管状结构合成方法已有一些报道，如：李亚栋课题组用物理蒸发法在氩气保护下560℃蒸发碲粉末2小时，制备出六边形截面的碲微米管[ J. Mater. Chem., 2004, 14, 244–247]；钱逸泰课题组用水热法将亚碲酸钠和氨水放入反应釜中保持~180℃，36小时，制备出两端开口的柱形碲纳米管[Adv. Mater., 2002, 14, 1658-1662]；夏幼南课题组用回流多元醇的方法将原碲酸和乙二醇在197℃下回流2h，制备出两端开口中间实心具有六边形截面的碲纳米管[Adv. Mater., 2002, 14, 279-282]。可这些方法大都因操作复杂或反应时间较长或反应温度较高，导致制备成本高难以工业化推广。

北京工业大学申请号为：201110385352.X（一种高纯碲纳米粉末的制备方法）的发明，采用惰气保护-直流电弧蒸发，以单质非金属高纯碲块( 纯度为99.999％) 为阳极，金属钨为阴极，在氩气气压为0.05-0.3MPa 的气氛中，反应电流30～50A，阳极与阴极间电压为30～50V，反应时间为20～40min，冷凝制备粒径为20～100nm碲纳米粉末材料，然而由于其对原材料要求较苛刻，难于实现工业化。

    国家纳米科学中心所申报的中国申请号为201310436069.4的一种具有场发射特性的碲纳米线阵列、以及其制备方法及应用，是通过物理气相沉淀法，以碲为蒸发源，并在硅片上沉积碲纳米线得到所述碲纳米线阵列。通过控制物理气相沉淀过程中碲蒸发源的温度、基底温度和沉积时间，能够获得具有尖锐端口的碲纳米线阵列；具体地，所述碲纳米线阵列的顶端呈圆锥形或圆柱形，或者所述碲纳米线阵列由圆锥形碲纳米线组成。该发明工艺过程中使用高浓度氢氟酸，危害性极大，不能实现环境友好的功能，因此工业推广的价值较低。

    大连理工大学申请号为201410000512.8的一种制备碲-碲化铅纳米晶组装超晶格纳米线阵列的方法使用脉冲电化学沉积技术，对含有铅和碲元素的电解液进行脉冲电化学沉积，获得Te-PbTe晶体组装超晶格纳米线。由于该方法需要先用阳极氧化法获得多孔阳极氧化铝模板，再溅射蒸镀金膜为电极，较繁琐，不利于大批量生产。

    综上所述，一般溅射装置的排气系统基本上都用油扩散泵系统，二极溅射的工作压力比较高（通常高于1Pa），在此压力范围内，扩散泵几乎不起作用，主阀处于关闭状态，排气速度小，本底真空和氩气中残留气氛对溅射镀膜影响极大。

    其次，二极溅射镀膜的沉积速率低，10μm以上的厚膜不宜采用此法镀制。二极溅射速率之所以比较低，是由其放电形式所决定的。二极溅射阴极和阳极间的距离通常在2~6㎝左右，间距过大，沉积速率下降太快。间距过近，二次电子在两极间的运动距离过短，维持放电困难。靶面的热量耗散不出去也是阻碍溅射速率提高的一个原因。二极溅射靶电压高（几千伏），靶电流低，靶的热耗散功率成了提高靶功率的障碍。

最后，大量的二次电子直接轰击基片，使基片温度过高是二极溅射又一明显的缺点。这会使基片造成某些性能不可逆变化的辐射损伤。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的制备过程复杂，影响因素多，制备得到的碲结构单一，不利于产业化的问题，提供一种结构可控激光碲单质纳米材料的制备方法，该激光碲单质纳米材料制备方法，具有制备过程简单，碲纳米材料阵列生长过程可控，且由于激光激发溅射为局部加热生长环境温度可控等优点，从根本上解决上述问题，特别适用于产业化推广。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括以下步骤：

（1）采用激光光源所发出的激光入射金属碲化物靶材，利用激光激发溅射原理，使碲元素从气体氛围内的金属碲化物靶材溅射而出，成为悬浮碲离子；

（2）正极与碲纳米材料沉积靶上，负极与杂质收集靶相连，将碲纳米材料沉积靶和杂质收集靶之间所产生的电场力以及重力作用下，将悬浮碲离子沉积于碲纳米材料沉积靶上，沉积获得碲纳米材料阵列；