[发明专利]一种平行排列的SiO2

说明书

本发明叙述了一种平行排列的SiO₂纳米线的制备方法，该方法的整个过程是以SiO纳米粉作为反应源，在低真空环境下的一维高温管式炉的高温区发生反应，并随着保护气体的流通沉积到硅片衬底的低温区域上，该方法产量很高、操作方法简单、安全环保、成本低廉、不需添加催化剂，通过化学反应在高温反应下即可完成。利用该方法制备出的SiO₂纳米线具有平行排列的结构，因其独特的新颖结构对开发材料性能的新领域有着重要的学术意义及应用。

技术领域

本发明涉及一种平行排列的SiO₂纳米线及其制备方法，属于三维纳米材料的技术领域。

背景技术

近年来，材料制备技术发展迅速，尤其是纳米科学技术领域，作为材料制备技术发展的前沿，开辟了材料领域的新天地。SiO₂作为一种传统的电绝缘材料，也是半导体工艺中最重要的基础材料，其纳米线的制备技术在集成电路和太阳能电池领域的应用前景具有重要的参考价值, 同时在介观物理研究和纳米器件中有着潜在的应用,例如, 可以用来制作一维量子晶体管, 发光二极管等。另外，作为典型的硅基纳米材料，其量子尺寸限制效应和同类元素独特的光电特性相结合，在生物医药方面及纳米器件集成电子领域具广泛的应用前景。并且，SiO₂纳米材料自身具有高纯度、低密度、高比表面积、分散性好以及优良的力学、光学性能的奇特性质，广泛应用于高分子复合材料、催化剂载体、电子封装材料、橡胶、塑料、造纸、密封胶、高档填料、涂料等诸多行业的产品中。目前来说，制备高产量、结晶性好、尺寸均匀且具有光学可调性的纳米结构材料仍是现研究阶段的要点，并对纳米器件的开发和优化具有重要科学意义。

目前的纳米线、纳米棒等纳米结构材料的制备方法有很多种，如激光烧蚀法、液相沉积法、化学气相沉积、热蒸发法。然而目前对于平行排列SiO₂纳米线的制备工作暂时未见报道，它的性能和应用也未得到很好的证实，利用热蒸发法制备平行排列SiO₂纳米线，成本低廉，产物结构新颖，对纳米材料制备领域的发展有重要参考价值。另外，针对硅纳米材料的制备研究中存在着分散性较差、稳定性较低、尺寸不可调控、形貌不均匀等问题，SiO₂平行排列纳米线的制备研究对硅基纳米材料制备工艺的优化具有重要意义。

发明内容

为解决现有SiO₂纳米材料现有制备技术存在的问题，本发明利用安全、无污染、成本低的热蒸发法制备出了一种新型的平行排列的SiO₂纳米线。

一种平行排列的SiO₂纳米线的制备方法，该制备方法步骤如下。

第一步：将基底Si片预处理，用丙酮超声，再用等离子水清洗。用酒精清洗石英舟。

第二步：使用SiO纳米粉作为反应源放入石英舟一端，然后将处理好的基底Si片放置于石英舟内，保证其在反应源上方且不与反应源接触，再将装有基底和反应源的石英舟放入通有Ar保护气体的高温管式炉中。

第三步：将炉内温度升至反应源需要发生反应的适宜温度，保温2-3 hrs。反应结束后将待炉内温度降至低温取出后发现基底基片上生长了白色絮状物即为1所述的平行排列的SiO₂纳米线。

所述基底为Si片，可兼容相关工艺器件。

所述基底Si片抛光面向下放置石英舟，且逐一间隔排列不与反应源接触，再将石英舟放入管式炉内，以保证样品顺利在Si基底上生长。

第三步中反应源的反应温度范围在1140-1160 ºC，生成白色絮状产物的沉积温度范围在1120-1150 ºC。实验设定沉积温度比反应温度低20 ºC，以确保样品顺利在基底上沉积，又不会造成实验损耗。

沿着小石英管开口方向（顺时针方向）通入保护气体氩气，且流量为80-90 ml/min，既保证了实验产品的顺利生长，又可以将实验损耗降到最低。