[发明专利]以锗酸根离子水溶性前驱体制备锗材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锗材料的制备方法，特别是锗纳米粉体和锗膜的制备，属于无机材料技术领域。

背景技术

锗的电子和空穴迁移率高于硅，饱和电阻非常小，在高频和大功率半导体器件中的性能优于硅。此外锗晶体管的低压性能良好，功耗小，几乎没有热辐射，因此也适用于以电池为电源的装置或要求不发热的微型电力装置。锗具有极好的探测特性，对γ射线，红外辐射和温度都有高的分辨率。近年来，纳米级的锗晶体具有强烈的光致发光的现象引起了广泛的关注，并且应用到了生物成像技术当中。

现有的制备锗纳米材料的方法有：高温高压下分解锗的有机化合物，例如四乙基锗和二苯基锗；在四氯化锗和乙二醇二甲醚中使NaGe发生歧化反应；利用强还原剂还原锗的化合物。其中，锗的气态化合物(如锗烷)大多易燃而且有毒，锗的液态化合物(如四氯化锗)同强还原剂反应异常剧烈，会产生大量有害的锗烷气体；常用的还原剂如钠，金属萘化合物等对水分子十分敏感，需要苛刻的反应环境(如在有机溶剂或惰性气氛中反应)。此外，上述锗前驱体的价格较高，而二氧化锗虽然价格便宜，但由于其化学性质稳定，还没有用二氧化锗在温和的条件下制备锗的方法。因此，开发一种成本低，反应条件简单，安全隐患少的制备方法是十分有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锗材料的制备方法，能够解决现有锗材料制备方法中成本高，工艺过于复杂以及潜在安全隐患多等问题。

本发明所述的锗材料包括锗纳米粉体、锗薄膜和锗多孔膜材料等。其中：

锗纳米粉体的制备方法，利用锗酸根离子水溶性前驱体与硼氢化钠反应，将反应产物离心、洗涤、干燥后，经进一步热处理即得。

反应过程中，控制硼氢化钠和前驱体中二氧化锗的摩尔比为4∶1～6∶1，加入硼氢化钠后的反应时间为12～48小时，热处理温度为120～180℃。

反应产物可以通过多次的离心和洗涤去除杂质。

锗纳米粉体由X射线衍射(XRD)证实为面心立方晶型的锗。说明该种方法能够得到结晶性好的锗纳米粉体。

锗薄膜的制备方法，利用锗酸根离子水溶性前驱体与硼氢化钠反应，将反应产物离心、洗涤、干燥后，经热蒸发得到锗薄膜。

热蒸发温度为400～1000℃。

锗薄膜材料，可以通过控制加热温度和时间等反应条件从而得到不同微观形貌的产物。

锗多孔膜材料的制备方法，采用锗酸根离子水溶性前驱体，将前驱体调节至酸性后缓慢析出二氧化锗并沉积成膜，然后在氢气气氛中热处理二氧化锗膜得到锗多孔膜材料。

其中：

氢气气氛中热处理温度为500～700℃。

二氧化锗膜在衬底上形成，衬底可以为任意形状，平面形状或非平面形状。

本发明所述锗酸根离子水溶性前驱体和硼氢化钠的反应产物，可用作锗源应用于锗薄膜制备中。

本发明采用锗酸根离子水溶性前驱体制备锗材料，前驱体用二氧化锗溶于碱性溶液即可获得，二氧化锗价格便宜，无毒无污染，特别适合工业化生产。还原剂采用硼氢化钠，相对于钠和金属萘化合物等还原剂，其反应过程温和，而且常温常压下就能反应。能够为解决锗材料制备中成本高，工艺过于复杂以及潜在安全隐患多等问题提供一种可行的思路。

附图说明

图1是所制备的锗纳米粉体的XRD照片；

图2是所制备的锗纳米粉体的SEM照片；

图3是400℃下玻璃衬底上制备的锗薄膜的SEM照片；

图4是600℃下玻璃衬底上制备的锗薄膜的SEM照片；

图5是600℃下银衬底上制备的锗薄膜的SEM照片；

图6是800℃下蓝宝石衬底上制备的锗薄膜的SEM照片；

图7是玻璃衬底上制备的锗多孔膜的SEM照片；

图8是石英玻璃管的实物照片；

图9是内壁上形成有锗多孔膜的石英玻璃管的实物照片；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明所述的锗纳米粉体的制备方法，依次按照下列步骤进行：

(1)将0.3g二氧化锗在加热条件下溶解到10ml质量浓度为3％的氨水溶液中得到锗酸根离子水溶性前驱体；

(2)将0.542g硼氢化钠加到上述前驱体中搅拌均匀后静置24小时；