[发明专利]一种表面有凸起的双壳层结构硅纳米管及其制备方法和应用

说明书

本发明是一种表面有凸起的双壳层结构硅纳米管及其制备方法和应用，该方法采用硅、二氧化硅和红磷的混合粉末作为实验的起始原料，以少量稀土元素镧作为催化剂，通过热蒸发法在较高温度和较低压强的实验条件下，使硅原子堆积成核，制备出表面有小凸起、管身有斑点以及具有双壳层结构硅纳米管的新型一维纳米材料。该制备方法工艺简单，设备廉价，可获得晶体结构完整的新型一维纳米材料。该一维纳米材料的成功制备，可望在将来在纳米电子器件和硅基微电子技术等领域提供一种继碳纳米线、碳纳米管、硅纳米线和硅纳米管等一维纳米材料后又一种新材料。

技术领域

本发明涉及一维纳米材料、功能材料及纳电子技术等领域，尤其涉及一种新型一维纳米材料的制备方法及其应用价值。

背景技术

一维纳米材料如碳纳米管、硅纳米线和硅纳米管等被发现以来，由于其具有优异的物理和化学性质，可与现有的硅基微电子技术相兼容等突出特点，具有非常大的应用价值，这使得其很有希望在储氢、锂离子电池、太阳能电池、生物医学、光电器件、光电子学、生物传感器、纳米电子及自旋电子器件等领域发挥出巨大的潜在应用。为了将来在制造器件和设备上有更多选择的材料应用，开发一种工艺简单、所需设备和材料相对廉价的方法，制备出一种新型的一维纳米材料，使其作为在将来制造器件和设备上的新材料尤为重要。

发明内容

本发明提出了制备一种新型一维纳米材料的制备方法，并且该方法工艺简单、原料廉价，所制备出的这种新型一维纳米材料有完整的晶体结构，可能在将来这种新型一维纳米材料有与硅纳米管和硅纳米线等一维材料相媲美的潜在应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种表面有凸起的双壳层结构硅纳米管，包括以下原料：硅粉(Si)1.4g、二氧化硅粉末(SiO₂)2.2g、红磷(P)0.4g和催化剂0.1g。

优选的，所述催化剂为稀土元素镧(La)。

本发明还提出了一种表面有凸起的双壳层结构硅纳米管的制备方法，包括以下步骤：

S1：将硅粉(Si)、二氧化硅粉末(SiO₂)、红磷(P)和催化剂稀土元素镧(La)混合；

S2：将混合粉末放入高温管式炉中，在大气压强条件下，管式炉的最高温度为1400℃，保温时间为2h，并且以氩气(Ar)作为保护气体和载气，氩气流速控制在10-150sccm(标准状态毫升/分)，在此条件下使硅原子堆积成核、长大，得到一种新型的一维纳米材料。

优选的，所述S2中，管式炉升温速率：200℃以下是5℃/min；200℃至1200℃范围内是10℃/min；1200℃至1400℃范围内是5℃/min。

优选的，所述S2中，所使用的衬底是刚玉舟。

本发明还提出了一种表面有凸起的双壳层结构硅纳米管的应用，所述硅纳米管具备双壳层结构，应用到硅基微电子技术和纳米电子器件领域上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备的新型一维纳米材料具有双壳层结构，在管身有颜色较深斑点，并且在管身两侧有小凸起结构；该方法制备的新型一维纳米材料工艺简单，设备廉价，并且结构完整，可能会在将来应用到硅基微电子技术和纳米电子器件等领域上，具有与现有的硅纳米管和硅纳米线等一维材料相媲美的应用潜力。

附图说明

图1为制备的新型纳米材料一般形貌的透射电子显微镜图像(TEM)；

图2为制备的新型纳米材料的高分辨透射电镜图像(HRTEM)；

图3为制备的新型纳米材料的高分辨透射电镜图像(HRTEM)；

图4是图3制备样品的进一步放大的高分辨透射电镜图像(HRTEM)；