[发明专利]一种高真空制备镁纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属纳米材料制备领域，特别涉及一种高真空制备镁纳米线的方法。

背景技术

一维纳米材料因其特殊的结构和突出的性能而在诸多领域有着潜在的应用价值。例如，碳纳米管由于它独特的中空结构，良好的导电性，大的比表面积，适合电解质离子迁移的孔隙，以及交互缠绕可形成纳米尺度的网络结构而被认为是理想的高功率超级电容器的电极材料。硅纳米线则表现出不同于块体硅的较好的光致发光性能、场发射特性以及较低的热传导率等，使其在高性能场效应晶体管、单电子探测器和场发射显示器件等纳米器件上有着巨大的应用价值。而尺寸均一、具有较高长径比的银纳米线材料，由于其具有较高的传热导电性、催化特性、抗菌性和表面等离子共振效应(SPR)等优异特性，在催化、生物及光电器件等领域有着巨大的应用价值。

另一种一维纳米材料，镁纳米线，以其较高的吸放氢速度、较低的吸放氢温度，在储氢领域有着巨大的应用价值。但是关于镁纳米线的制备仍然是本领域研究中的一个难点问题。目前所有的文献报道均涉及利用气相沉积法来制备镁纳米线，但所使用的工艺不同其效果大相径庭。文献[1](Zhang K,Rossi C,Tenailleau C,et al.Aligned three-dimensional prismlike magnesium nanostructures realized onto silicon substrate[J].Applied Physics Letters,2008,92(6):063123.)报道了一种在高真空下利用电子束蒸发制备镁纳米片的方法。该方法制备出的镁纳米结构呈三维的片状结构，非一维的纳米线结构。文献[2](Li W,Li C,MaH,et al.Magnesium Nanowires:Enhanced Kinetics for Hydrogen Absorption and Desorption[J].Journal ofthe American Chemical Society,2007,129(21):6710–6711.)和文献[3](陈军，李春生，周春远，马华，李玮镁负极电极材料及制备方法和应用，CN1913219A，2007)报道了一种利用气体运输法(vapor-transport)制备镁纳米结构的方法。尽管该方法也能够制备出镁纳米线，但该镁纳米线呈弯曲形态，边缘呈锯齿形，并且与其它镁纳米结构(镁纳米球、纳米片、纳米棒、纳米海胆球、微米球、微米棒和微米海胆球等镁纳米结构)混杂在一起。

而本专利则是利用高真空气相沉积法首次制备出了一种笔直的、具有<11-20>的晶体取向一维镁纳米线。

本专利与文献[1]相比，尽管都使用了高真空，但是在制备镁纳米结构的沉积温度、沉积的基底、以及所得到的镁纳米结构的形态均不同。文献[1]是在较低的沉积温度(室温)下进行沉积的，并且利用了自遮挡效应在单晶硅基底上制备出了三维镁纳米片。而本专利则是在较高温度下(150℃～410℃)沉积，在不锈钢网上沉积制备出了一维的笔直的镁纳米线。

本专利与文献[2]和文献[3]相比，尽管都使用了不锈钢网作为沉积基底，且沉积温度均较高，但是镁的蒸发温度不同、沉积时的气氛介质不同，得到的镁纳米线的形态和结构也不同。文献[2]和文献[3]是在900℃下蒸发镁，利用氩气将镁蒸气运输到约300℃的不锈钢网基底上沉积的，得到了弯曲的镁纳米线，并且混杂着大量其它形态的镁纳米结构。而本专利镁的蒸发温度是410℃～470℃，并且是在高真空下制备的，沉积温度150℃～410℃，得到了笔直的、具有<11-20>的晶体取向的镁纳米线。

发明内容

本发明提供一种高真空下利用蒸发-冷凝的原理制备镁纳米线的方法。该方法工艺简单，制备时间短，成本低廉。所制得的镁纳米线为笔直的具有<11-20>晶体取向的单晶镁纳米线。单晶镁纳米线尺寸为：直径约75nm，长约1.25μm。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高真空制备镁纳米线的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：连接制备系统并将原料摆放至指定位置；

步骤二：将制备系统抽至高真空；

步骤三：将原料加热至指定温度后开始冷凝沉积；

步骤四：关闭制备系统并使制品冷却；

步骤五：将制品保存。