[发明专利]一种实验室生产硅锗核壳结构纳米颗粒的方法和设备

说明书

技术领域

 本发明涉及硅锗核壳结构纳米颗粒的生产方法及生产设备领域，特涉及一种实验室生产硅锗核壳结构纳米颗粒的方法和设备。

背景技术

随着纳米技术的发展，人们已经用各种方法制备出了硅和锗纳米颗粒。并且已经发现这些纳米颗粒具有体材料不具备的诸多性能。核壳型纳米颗粒由于表面覆盖有与核结构不同性质的纳米材料，因此表面性质被壳层材料有所改变，常表现出核所不具有的功能。研究发现硅锗纳米线的核壳结构具有优异的电子性能。由于硅锗纳米材料的禁带结构不同，硅包覆锗或者锗包覆硅的纳米颗粒结构可能具有很好的光学性能。目前关于制备硅锗核壳结构的纳米颗粒的方法尚无相关报道。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的方法采用气相法制备硅锗核壳结构的纳米颗粒，该方法具有纳米颗粒的大小可控的特点。本发明的生产硅锗核壳结构纳米颗粒的设备包括小型玻璃管和大型玻璃管，小型玻璃管设有第一负极和第一正极，大型玻璃管设有内管和第二正极，内管设有第二负极。该设备实现了等离子体的均匀分布，有利于生成尺寸分布窄的纳米颗粒。本装置具有纳米颗粒分散好，纳米颗粒表面均匀包覆等特点。

本发明的技术方案是：一种实验室生产硅包覆锗的核壳结构纳米颗粒的方法，其特征在于：

步骤一、给系统抽真空，真空度达到10帕以下，按1:40到1:60之间的比率输入GeH₄和Ar气体，根据所需产生纳米粒径大小调节气压，混合气体在射频等离子体中产生氩气等离子体，氩气等离子体会撞击锗烷分子，使锗烷分子裂解而形成锗的晶核，进而锗晶核再长大会生成锗纳米颗粒；

步骤二、按1:50到1:70之间的比率输入SiH₄和Ar气体，并使氩气在射频功率的激发下，而形成氩气等离子体，氩气等离子体撞击硅烷气体使硅烷气体裂解；

步骤三、硅烷气体裂解后与在步骤一中的锗纳米颗粒表面生成一层硅薄膜覆盖在锗纳米颗粒表面，形成硅包覆锗的纳米颗粒。

一种实验室生产锗包覆硅的核壳结构纳米颗粒的方法，其特征在于：

步骤一、给系统抽真空，真空度达到10帕以下，按1:50到1:70之间的比率输入SiH₄和Ar气体，根据所需产生纳米粒径大小调节气压，混合气体在射频等离子体中产生氩气等离子体，氩气等离子体会撞击硅烷分子，使硅烷分子裂解而形成硅的晶核，进而硅晶核再长大会生成硅纳米颗粒；

步骤二、按1:40到1:60之间的比率输入GeH₄和Ar气体，并使氩气在射频功率的激发下，而形成氩气等离子体，氩气等离子体撞击锗烷气体使锗烷气体裂解；

步骤三、锗烷气体裂解后与在步骤一中的硅纳米颗粒表面生成一层硅薄膜覆盖在硅纳米颗粒表面，形成锗包覆硅的纳米颗粒。

本发明的硅锗核壳结构纳米颗粒的方法有益效果是：本方法生产的锗包覆硅或者硅包覆锗的纳米颗粒的大小可控，并且颗粒的粒径分布均匀；本方法生成的颗粒的大小可以做到很小以致10纳米以下。

本发明还公开了一种实验室生产硅锗核壳结构纳米颗粒的设备，包括小型玻璃管（2）、金属管道（3）、大型玻璃管（12），所述的小型玻璃管（2）上方通过玻璃连接件与进气管一（10）连接，下方通过玻璃连接件与金属管道（3）连接，金属管道（3）通过玻璃连接件与大型玻璃管（12）连接，所述的金属管道（3）设有进气口二（11），其特征在于：所述的小型玻璃管（2）设有第一负极（5）和第一正极（1），第一负极（5）和第一正极（1）为圆柱形电极，所述的大型玻璃管（12）设有内管（14），大型玻璃管（12）上设有第二正极（15），内管（14）设有第二负极（7），且第二正极（15）和第二负极（7）为圆柱形电极。

如上所述的生产硅锗核壳结构纳米颗粒的设备，其特征在于：所述的第一负极（5）在上面，第一正极（1）在下面，且第一负极（5）与第一正极（1）之间的中心线与小型玻璃管（2）中心线一致。

如上所述的生产硅锗核壳结构纳米颗粒的设备，其特征在于：所述的第二负极（7）的高度与第二正极（15）的高度一样，并位于大型玻璃管（12）中心线位置上。

如上所述的生产硅锗核壳结构纳米颗粒的设备，其特征在于：所述的大型玻璃管（12）与内管（14）是同心的，大型玻璃管（12）内径与内管（14）内径之比为1：4。

如上所述的生产硅锗核壳结构纳米颗粒的设备，其特征在于：所述的小型玻璃管（2）与大型玻璃管（12）内径之比为1：5。