[发明专利]一种交叉垂直SiO2

说明书

本发明属于低维纳米材料领域，特别涉及一种垂直交叉SiO2纳米棒的制备方法。利用热蒸发法无需金属催化剂，将SiO粉置于炉心高温区，收集基底同样也放置于高温区，将炉腔体内充入氩气并将管式炉中心区升温至1050‑1150℃，保温3‑4 hrs，保温时间届满后，所述生长衬底上即生长出交叉垂直SiO2纳米棒。本发明具有环保安全、方法简单、反应快速、无污染、成本低、样品纯度高等优点。制备的交叉垂直纳米棒在医药、滤光、催化、光吸收及新型材料等领域具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种交叉垂直SiO₂纳米棒及其制备方法，属于低维纳米材料领域。

背景技术

SiO₂材料具有电绝缘性和优异的光学透明性，一直以来在发光领域和光波导领域引起人们的广泛关注。纳米SiO₂是非常重要的高科技超细无机新材料之一，由于其比表面积大、粒径很小、表面吸附力强、化学纯度高、电阻热阻、分散性能好等方面具有独特的性能；在高温下仍具有热稳定性好、补强性高、韧性高等特性，纳米二氧化硅可广泛应用各个领域。

SiO₂纳米棒作为一维纳米材料的一种形态，形态上像一个棒子，其卓越的体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，使其不仅具有普通二氧化硅的性质，而且具备一维纳米材料所特有的性质，在化工、生物医学、环境、食品等领域都具有广泛的应用前景。垂直交叉排列的SiO₂纳米棒是一种三维光子晶体，这种特殊材料具有光子局域、抑制自发辐射等特性，在光子学器件，激光器，发光二极管，光信息技术领域有广泛的应用前景。而目前，有关交叉垂直SiO₂纳米棒的研究还未见报道，它的性能及应用还有待于进一步证实。因此，对于交叉垂直SiO₂纳米棒的开发以及对其材料物化性能的研究具有着重要意义。

纳米棒的制备方法有很多，例如激光烧蚀法、溶剂热法、模板辅助电化学法等，这些方法各有利弊。本发明利用热蒸发法，特别设计将衬底光滑面朝下放置在石英舟上，再将石英舟放置在两端开口石英管内，通入较高流量（80-90 sccm）载气，对反应腔内气氛和饱和蒸气压进行调控，成功制备交叉垂直SiO₂纳米棒，制备过程中仅使用SiO作为反应原材料，无需引入金属催化剂或其他有毒易爆等气体材料，制备出的纳米棒具有纯度高、成本低、污染少、粒径分布均匀等优点，从而拓宽了其应用领域。

发明内容

本发明的目的在于克服和完善现有技术中存在的问题，本发明提出了一种环保、安全、成本低、沉积过程简易、结构排列有序的垂直交叉SiO₂纳米棒材料及其制备方法，通过特别设计石英管套石英舟，并在石英舟上倒置放置衬底的装置，获得垂直交叉SiO₂纳米棒，通过控制工艺参数从而对纳米棒的光学性能进行调控，使其具备较好荧光性能。操作简单，节约生产成本。

一种交叉垂直SiO₂纳米棒材料的制备方法，工艺步骤如下：

第一步：将衬底基片和载物石英舟、两端开口石英管进行预处理清洗干净；

第二步：将SiO粉作为反应源，放入石英舟内，然后再将预处理完毕的衬底基片亮面朝下盖在石英舟内的反应源上，但不能与反应源接触，接下来再将石英舟放进两端开口石英管内，最后再将此石英管反应体系放入管式炉内，通入保护气体Ar；

第三步：将炉子升温至使炉内源温度达到适宜的反应温度，保温3-4 hrs；反应结束后将反应温度降至室温并取出石英管，所述生长衬底上即生长出白色絮状交叉垂直的SiO₂纳米棒。

所述反应源仅为SiO粉。

所述石英管为两端开口，石英管的一端放有石英舟，石英舟内装有反应源，将衬底基片亮面朝下盖在反应源上，但不能与反应源接触，衬底距离炉心的距离为0.4-2.4 cm。

所述的衬底为Si片或石英片。