[发明专利]一种生长CdO纳米线束的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米结构生长领域，是一种真空热蒸发法生长CdO纳米线束的 方法。

背景技术

立方结构块体CdO为N型II-VI族半导体材料，其直接禁带宽度为2.5eV，间 接带隙宽度为1.98eV。在光电子领域，它是非常重要的一种半导体材料。CdO 作为镍镉系列碱性可充电的负极活性物质，其性能的优劣直接影响电池的质量， 是制约镍镉电池综合性能的关键材料。近年来，CdO广泛应用于场发射栅板显示 器，被认为是最有前途的透明导电氧化物之一。

由纳米材料的发展显示，纳米尺度的材料可能有更优异的性质，可以制备 出性能优异的器件。在纳米材料中，一维纳米材料，包括纳米棒、纳米线等都 有重要的技术应用前景，是当前材料科学技术研究的热点之一。同时纳米结构 CdO相对其块体材料也具有独特的光学、光电子学和催化性能，在传感器、太阳 能电池、透明电极、电池阴极材料、光学晶体管、晶体二级管等领域有广泛应 用前景。

目前已有众多生长一维CdO纳米结构的方法，如电化学沉积法，化学气相沉 积法，热蒸发法。

电化学沉积法：J.J.Xu在2008年用电化学法制备CdO纳米材料，参阅J.Phys. Chem.C第112期第7151页。

化学气相沉积法：Z.L.Wang小组在未使用催化剂的条件下制备出CdO纳米 带及微米级片状物，参阅2001年Science第291期第1947页。2003年C.Zhou小组 制备出CdO针状纳米结构。2006年M.H.Huang在金催化下低温制备出CdO纳米 线，上述参阅J.Phys.Chem.B第110期第13717页。

热蒸发法：美国华盛顿大学Y.N.Xia小组采用空气中热氧化法在Cu衬底表 面氧化生成了具有均匀阵列密度的CuO纳米线阵列，参阅Nano Lett.第12期第2 卷1334-1338页；中科院物理所H.J.Gao小组在2005年使用直径为0.3mm的钨丝为 蒸发源采用热蒸发法在(111)Si衬底上生成具有强光致发光性质的氧化钨纳米 线，参阅Appl.Phys.Lett.第86期第141901页。

由以上可以看到，目前用热蒸发法制备纳米棒的典型材料为金属氧化物， 没有利用真空热蒸发制备氧化隔纳米线束的相关报道。电化学沉积法成本相对 较高，而运用化学气相沉积法制备氧化镉纳米棒时，需要引入氧气和载气，条 件不易控制，很难在多种衬底上得到大面积形貌均匀的纳米结构。相对以上方 法而言，真空热蒸发法不需要引入载气，制样过程相对较快，操作简单，可重 复性好、沉积速率高、利于大面积制备样品、成本低、无环境污染。另外此发 明通过对传统的工艺的改进制备得到CdO纳米线束，且此传统工艺目前已经与 工业生产相结合，因此在工业化生产应用方面，有很大的发展潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空热蒸发法生长CdO纳米线束的方法。

本发明是通过以下工艺过程实现的：

以金属铋粉末作为催化剂，高纯CdO粉末(99.5％)为原料，按摩尔比为 1∶0.02-1∶0.3将CdO粉末与金属铋粉末均匀混合后置于钼片做成的电阻加热舟中 作源，将衬底置于蒸发源上方3毫米至4厘米处，当真空蒸发炉腔体的真空度 达到2×10^-2-5×10^-3Pa(优选在5×10^-3Pa时)后，加电流开始蒸发，最大沉积 电流为110-180A，最大电流处沉积时间为5min-15min，在衬底上发现褐色或灰 褐色的沉积物，即为CdO纳米线束。

所述纳米结构为长度为0.5-1μm，直径为50-60nm的纳米线束和长度为 0.5-1μm，直径为50-100的纳米线链。

所述衬底为ITO玻璃、石英玻璃、硅片、钼片、镍片、蓝宝石片等。

所述真空蒸发炉为电阻式加热炉，加热器为钼片，优选蒸发源直接放置于 钼舟加热器上。

本发明制备出的CdO纳米线束为晶态的立方相CdO，如图1所示，其表面 形貌如图2，图3，图4所示。本发明直接使用混合的Bi和CdO粉为原料，将 蒸发源和沉积区域分离，有效的避免了杂质和其他副产物的影响，获得的CdO 纳米线束具有沉积面积大、形貌较均匀，结晶性好等特点。同时，本发明的方 法简单，易于推广，适合于大规模的工业生产。

附图说明