[发明专利]锗纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米管的制备方法，尤其是一种锗纳米管的制备方法。

背景技术

锗是一种重要的半导体材料，由于其载流子迁移率、锂离子扩散系数和近红外吸收系数均较高，波尔半径较大，合成温度较低以及与硅兼容等，在未来高性能的光电、锂电、近红外探测、传感等领域有着诱人的应用前景。然而，与碳相比，锗原子更倾向于形成sp³杂化，因此实验中获得的一般均为锗纳米线而非锗纳米管。近期，人们为了获得锗纳米管，做出了不懈的努力，详见本申请人的研究人员Xiangdong Li，Guowen Meng，* Qiaoling Xu，Mingguang Kong，Xiaoguang Zhu，Zhaoqin Chu，and An-Ping Li，“Controlled Synthesis of Germanium Nanowires and Nanotubes with Variable Morphologies and Sizes”，Nano Lett.，2011，11(4):1704–1709（李祥东、孟国文、徐巧玲、孔明光、朱晓光、储照琴和李安平，“制备形貌尺寸可控的锗纳米线和纳米管”，《纳米快报》，2011年第11卷第4期，1704～1709页）的文章。该文中提及的制备方法为对铝片使用二次阳极氧化法得到氧化铝模板后，先于氧化铝模板的一面溅射银膜，再于氧化铝模板的孔道中电沉积金属镍纳米棒，之后，于孔道中的镍纳米棒上化学气相沉积锗，得到一端开口、另一端封闭的由非晶态锗中扩散有镍构成的锗纳米管。但是，这种锗纳米管的制备方法存在着欠缺之处，首先，一端为开口、另一端为封闭的锗纳米管限制了其应用的范围；其次，于镍纳米棒上化学气相沉积出来的锗纳米管的靠近镍催化剂的一端会有较高的镍残留，不利于其应用；再次，工艺不仅繁杂，还耗能、费时，更无法获得两端开口且其中扩散的镍为均匀状的锗纳米管。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种两端开口、扩散的镍分散均匀，且制作便捷的锗纳米管的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：锗纳米管的制备方法包括二次阳极氧化法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先使用二次阳极氧化法得到孔直径为80～250nm的通孔氧化铝模板，再将通孔氧化铝模板置于浓度为100～300g/L的硝酸镍水溶液中浸泡30～60min后，去除其表面的硝酸镍，得到孔中置有硝酸镍的通孔氧化铝模板；

步骤2，先将孔中置有硝酸镍的通孔氧化铝模板置于氢氩混合气氛中，于300～380℃下还原反应10～30min，再将其置于锗烷氢氩混合气氛中，于300～380℃下气相沉积10～30min，其中，锗烷氢氩混合气氛中的锗烷、氢气和氩气的流量比为0.5～2.5mL/min的锗烷:26.5～30.5mL/min的氢气:50～70mL/min的氩气，得到孔中置有锗纳米管的氧化铝模板；

步骤3，将孔中置有锗纳米管的氧化铝模板置于碱溶液中去除氧化铝模板，制得锗纳米管；

所述锗纳米管的管直径为80～250nm、管壁厚为15～35nm，其由锗与镍之间的原子含量之比为95.05～99.95%:0.05～4.95%的非晶态锗中扩散有镍构成。

作为锗纳米管的制备方法的进一步改进，所述的通孔氧化铝模板的制作为，先将铝片置于浓度为0.2～0.4mol/L的草酸溶液或磷酸溶液中，于直流电压为50～150V下阳极氧化8～12h，再将其于温度为50～70℃的4～8wt%磷酸和1.6～2wt%铬酸的混和溶液中浸泡8～12h，接着，将其再次于同样的工艺条件下进行第二次阳极化后，先用氯化铜或氯化锡溶液去除背面未氧化的铝，再用3～7wt%的磷酸溶液腐蚀掉位于孔底部的氧化铝障碍层，得到孔直径为80～250nm的通孔氧化铝模板；所述的去除通孔氧化铝模板表面的硝酸镍为，使用去离子水冲洗通孔氧化铝模板的表面，或使用砂纸摩擦通孔氧化铝模板的表面；所述的氢氩混合气氛中的氢气与氩气的体积比为5～15：50～70；所述的升温至还原反应温度的升温速率为10℃/min；所述的碱溶液为氢氧化钠溶液，或氢氧化钾溶液。