[发明专利]一种六硼化镧准一维纳米结构阵列材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种六硼化镧的制备方法，具体涉及一种浮动催化剂法制备六硼化镧准一维纳米结构阵列材料的方法。

背景技术

六硼化镧（LaB₆）具有功函数低、熔点高、硬度大、导电率高、化学稳定性强、高温蒸发率低、机械强度高和强近红外吸收低等特点。因此，LaB₆作为优越热电子发射阴极材料、场发射阴极材料和近红外吸收源，被广泛应用于国防工业和民用工业，如扫描电镜、透射电镜、场发射压力传感器等高性能电子源器件和红外传感器等。LaB₆具有低功函数（2.6 eV）和低蒸发率，这意味着其作为场发射电子源应用时，有着较低的操作电压和较长的寿命。Fowler-Sondheim（FN）公式表明：由低功函数材料制作高长径比的尖锥能极大地提高低电压下的场发射电流。因此，直径小和长径比大的LaB₆准一维纳米结构的电子发射性能将得到进一步提升，其在阴极发射、纳米电子器件等电子学领域的应用将得到进一步拓展。实现六硼化镧准一维纳米结构及其阵列的可控制备具有非常重要的科学价值和潜在的应用价值。

目前，制备六硼化镧准一维纳米材料的方法主要有：（1）以稀土金属镧、或者无水氯化镧为镧源前驱体，三氯化硼（BCl₃）为硼源前驱体的化学气相沉积方法（Zhang H. et al. Single-Crystalline LaB₆ Nanowires. J. Am. Chem. Soc. 127, 2862-2863, 2005）；（2）以无水LaCl₃为镧源前驱体，十硼蒸汽（B₁₀H₁₄）为硼源前驱体的化学气相沉积方法（Brewer J. R. et al. Rare Earth Hexaboride Nanowires: General Synthetic Design and Analysis Using Atom Probe Tomography. Chem. Mater. 23, 2606-2610. 2011）；（3）以LaCl₃·7H₂O为镧源前驱体，B₂H₆为硼源前驱体的化学气相沉积方法（CN 102616799A；Xu J.Q. et al. Fabrication of vertically aligned single-crystalline lanthanum hexaboride nanowire arrays and investigation of their field emission. NPG Asia Materials. 5, e53(1-9). 2013.）。但是，第（1）种方法，存在BCl₃腐蚀性很强、产量较低、形貌可控性差等缺点；第（2）种方法，由于固体硼源B₁₀H₁₄需要在高温下输运，使用Pt、Au等贵金属作为催化剂会增加生产成本；第（3）种方法，B₂H₆有剧毒，不宜采用其作为硼源前驱体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有制备方法的上述缺陷，提供一种采用无腐蚀性、无毒、易输运的硼源，且工艺简单、成本低、便于工业化生产，所得稀土六硼化镧准一维纳米结构阵列材料具有直径小、长径比大、单分散性好等特征的六硼化镧准一维纳米结构阵列材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种六硼化镧准一维纳米结构阵列材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将硼源置于管式电炉石英管上气流方向的温区1，镧源置于管式炉石英管下气流方向的温区2，硅衬底置于温区2镧源的下气流方向，然后把石英管抽真空，再充满保护性气氛，重复洗气≥2次后，抽真空；

（2）向石英管通入保护性气氛，先以速率20～30℃/min，将温区1和温区2分别升温至500～600℃和800～900℃，待温区1和温区2温度稳定后，保温5～10min，然后再以速率20～30℃/min，将温区1和温区2分别升温至900～1100℃和900～1100℃，待温区1和温区2温度稳定后，保温20～120min，在保护性气氛下，自然冷却至室温，得六硼化镧准一维纳米结构阵列材料。