[发明专利]一种微纳米二氧化锗晶体的制备方法及其制得的产品

说明书

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种微纳米二氧化锗晶体的制备方法及其制得的产品。

背景技术

二氧化锗是一种重要的半导体光电子材料，可应用于光电通讯的纳米连接，广泛应用于集成光学系统的光波导等光学器件，在光学数据存储系统等方面也有着广阔的应用前景，因此关于GeO₂一维微纳米材料制备的研究具有非常重要的科学意义和巨大的应用潜力。目前，现有技术对于GeO₂一维微纳米材料的制备，主要有化学气相沉积法、激光烧蚀法、碳纳米管模板法、磁控溅射法、离子注入法、溶胶凝胶法等。这些传统的制备二氧化锗晶体的方法，一般需要昂贵的专用设备，且对原料的要求非常严格；尽管化学方法制备相对简单，但是需要额外添加多种化学物质，这样既容易对环境造成污染、并显著增加了制备成本，同时也会对生成物产生影响，使得产物容易被污染、缺陷较多。因此，目前制备微纳米二氧化锗晶体的方法仍然难以满足生产及应用的需求，开发新型的微纳米二氧化锗晶体制备技术，是发展二氧化锗半导体光电子材料的急迫要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种经济可靠、环保高效的微纳米二氧化锗晶体的制备方法，通过以普通二氧化锗作为原料获得高附加值微纳米二氧化锗晶体的同时，确保制备过程的安全环保，并且避免生成物被污染及产生缺陷的可能，极大地提高生产效率、降低微纳米二氧化锗的制备成本，以利于促进二氧化锗半导体光电子材料技术及应用的发展。本发明的另一目的在于提供利用上述制备方法制得的产品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种微纳米二氧化锗晶体的制备方法，包括以下步骤：

(1)以普通二氧化锗粉体为原料，经高温融化后得到二氧化锗高温液体；

(2)将所述二氧化锗高温液体淬冷而形成二氧化锗玻璃块；

(3)将所述二氧化锗玻璃块破碎得到二氧化锗玻璃粉；

(4)将所述二氧化锗玻璃粉倒入水中与水反应；

(5)反应产物干燥后即获得微纳米二氧化锗晶体粉体材料。

本发明可采取如下具体措施：

所述步骤(1)中融化温度为1200～1600℃，融化保温时间为0.5～3.0小时，以确保将玻璃液中的气泡完全排除。

所述步骤(2)淬冷采用以下两种方式进行：一是使用模具淬冷，将所述二氧化锗高温液体倒入预先加热的模具而形成块状，并随模具在预先加热的温度下保温，之后冷却至室温而获得二氧化锗玻璃块；优选地，所述模具预先加热的温度为500～700℃，保温时间为1.0～2.0小时；二是采用水淬，将所述二氧化锗高温液体直接倒入水中淬冷而形成碎裂渣状的二氧化锗玻璃块。

为促进后期与水反应的速度，所述步骤(3)破碎后二氧化锗玻璃粉的粒度为50μm以下，对于水淬后形成的二氧化锗玻璃渣，其破碎过程中可以保留玻璃在水淬过程中的水分，也可干燥后再进行破碎；优选地，以保留水分进行破碎为宜。

所述步骤(4)中加入的水量为二氧化锗玻璃粉重量份数的1～10倍，以形成流动性良好的混合体。所加入的水以去离子水、蒸馏水或纯净水为宜，以减少杂质的带入。

所述步骤(4)中二氧化锗玻璃粉倒入水中搅拌10～90分钟，或者，静置1～24小时而实现与水反应，以确保反应完全。

为获得尺寸更小的纳米级二氧化锗晶体材料，所述步骤(4)中加入表面活性剂，其添加量为0.01～0.03mol/L，以提高表面活性，降低晶体颗粒度。所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)或三辛基甲基氯化铵(TOMAC)。

将反应完全的产物进行干燥处理，干燥可使用室温晾干、风干、晒干，也可使用加热措施加速干燥，或者使用离心过滤的方式使其干燥。收集干燥后的粉末，即获得微纳米或纳米级二氧化锗晶体材料。

利用上述微纳米二氧化锗晶体的制备方法制得的产品。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明颠覆了现有技术玻璃相向晶相转变的过程必须在高温或高压下提供能量以克服析晶活化能的传统观点，首次实现了二氧化锗玻璃在常温常压条件下仅以水为介质即向晶态转变的过程，该过程对于采用常温常压制备其他微纳米材料提供了新的思路，为微纳米粉体材料的制备提供了新的方法和途径。