[发明专利]一种使用脉冲激光沉积技术快速生长大量M相二氧化钒纳米线的方法

说明书

本发明提供了一种使用脉冲激光沉积技术快速生长大量M相二氧化钒纳米线的方法，包括：选择VO2靶材，纯度为99.5％至99.99％，放置于可抽真空腔体中；控制腔体本底真空度、氧压大小、沉积温度、退火温度、退火时间、激光功率、激光频率、激光脉冲数和基底。本发明采用脉冲激光沉积技术，以二氧化钒靶材为溅射材料，原料简单，溅射在O2氛围中进行，不论是反应的原料还是反应过程都无毒害，环境友好。生长方法简单易操作，生长VO2(M)纳米线所需温度低，并且可以在非常短的时间内得到大量形貌、结构和长径比优异的纳米线。所得材料可以广泛应用于电阻开关、电池材料、热敏元器件、化学传感器等等。

技术领域

本发明属于化学材料领域，具体涉及一种使用脉冲激光沉积技术快速生长大量M相二氧化钒纳米线的方法。

背景技术

M相的二氧化钒纳米线在68℃附近有明显的相变，伴随着相变其电阻率有4-5个数量级的变化，利用这一特性可以将其作为开关、传感器等应用。此外，通过进一步研究发现，VO2(M)在相变前后对红外的透过率也有很大的影响，并且VO2(M)在发生相变时的突变时间在10ps内，因此可以用来制作光开关。近年来，研究表明VO2(M)有更多的应用，如电阻开关、电池材料、热敏元器件、化学传感器等等。

制备VO2(M)纳米线的方法主要有两种：化学气相沉积和水热合成法。化学气相沉积(CVD)一般是把构成纳米线元素的气态反应物质或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，通过载流气体输运到基底表面并发生化学反应生成纳米线的过程。VO2(M)纳米线的生长原料一般为VO2或V2O5粉末，生长温度在850℃到1200℃之间，在反应室内高温反应2-5h，最后可以得到结构和形貌良好的VO2(M)纳米线。[1-3]现在，气相沉积的方法生长VO2(M)纳米线已经非常成熟。

另外一种比较成熟的生长VO2(M)纳米线的方法是水热合成法(Hydrothermalmethod)，水热合成的方法是在特制的密闭容器(反应釜)中将常温下不溶或者难容的物质在高温高压下溶解，通过控制反应釜内溶液的温差产生对流形成过饱和而析出、生长晶体的方法。利用水热方法生长VO2(M)纳米线，主要是将V的高价氧化物(V2O5)或偏钒酸盐还原，用到的还原剂主要是草酸，并在高温条件下保温1-7天不等。[4-6]

通过上边描述可以看出，气相沉积方法生长VO2(M)纳米线需要在高温、高真空氛围中进行，并且生长时间一般都要在2h以上，时间长，生长条件也较为苛刻，如果用V2O5作为原料，由于V2O5有剧毒，使得合成过程中的操作更加危险；而水热合成的方法，由于是在密闭高温高压环境中进行，实验的危险性也比较高，并且生长时间非常长。因此，现在需要一种可以快速、无毒，并且可以在基底上边均匀生长二氧化钒纳米线的方法，这种方法可以快速得到形貌结构优异的纳米线以适应未来大规模生产的需要。

发明内容

鉴于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种简单可行的制备方法，我们利用脉冲激光沉积技术(PLD)可以制备出大量非常纯而且非常稳定的M相二氧化钒纳米线。