[发明专利]单晶二氧化钛纳米丝的制备方法

说明书

本发明涉及纳米丝状材料的制备，尤其涉及单晶二氧化钛纳米丝的制备方法。

现有碳弧法、激光烧融、膜模法，气液固(vls)等方法分别制备出纳米碳管、纳米硅(Si)和锗(Ge)棒、GaN棒(纳米级)等长度是微米而直径为几至几十纳米的丝、棒或管。至今还未曾见过获得微米量级的TiO₂纳米丝，尤其是单晶TiO₂纳米丝的制备方法。

本发明的目的是提出一种获得微米量级的TiO₂纳米丝、尤其是单晶TiO₂纳米丝的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种获得微米量级的TiO₂纳米丝，尤其是单晶TiO₂纳米丝的方法，其特征是制备NaCl溶液的微乳和TiO₂前驱物Ti(OH)₄微乳将NaCl溶液与Ti(OH)₄两种微乳均匀混合并在一定温度下作热处理，经过热处理0.5—4小时，再经过分离、烘干，即得单晶TiO₂纳米丝。

其技术关键是实现Ti(OH)₄和NaCl两种微乳的充分均匀混合和控制温度制备过程简单、易重复实现。

本发明的特点是：能获得微米量级的TiO₂纳米丝，尤其是单晶TiO₂纳米丝，这种材料是微电子、光电器件中具有广泛的应用前景。所用原料是普通的化学药品，易买到。制备过程简单，无特殊要求。所得纳米棒尺寸均匀，通过改变成分配比，可以方便地改变纳米晶丝尺寸。重复性好。

以下结合附图和通过实施例对本发明作进一步说明：

图1为单晶TiO₂纳米丝的形貌

图2为单晶TiO₂纳米丝的高分辨率低，直径25nm，丝内无缺陷。

微乳法制备TiO₂前驱物Ti(OH)₄

实验所用微乳体系中，油相为环己烷；表面活性剂是壬基酚聚氧乙烯五醚和九醚分别NP5、NP9，亦可以为其它表面活性剂，其重量比为NP5：NP9＝1∶1的NP5/NP9混合物；水相分别是TiCl₄溶液，氨水和NaCl溶液。

本方法主要包括两步，第一步实现NaCl微乳和TiO₂的前驱物Ti(OH)₄微乳的充分混合；第二步将上述混合物在一定的温度下热处理分离、烘干后即得到制品。具体过程如下：

1：制备TiO₂前驱物Ti(OH)₄微乳

实验所用微乳体系中，油相为C_6-8的芳、烃族溶剂，如环己烷；表面活性剂是重量比NP5∶NP9＝1∶1的NP5/NP9混合物；水相分别是TiCl₄溶液，氨水和NaCl溶液。

将适量环己烷，NP5/NP9，0.5MTiCl₄溶液在烧杯中混合制成TiCl₄溶液的微乳；将适量环己烷，NP5/NP9，2MNH₄OH溶液混合制成NH₄OH溶液的微乳；再将适量上述两种微乳充分混合，反应得到Ti(OH)₄的微乳。所有操作在10—25℃下进行。

2：NaCl溶液微乳的制备：

将适量环己烷，NP5/NP9，2M NaCl溶液在10—25℃下混合制成NaCl溶液的微乳。

3：Ti(OH)₄和NaCl的充分均匀混合：

将适量Ti(OH)₄微乳和NaCl微乳在10—25℃下充分混合，混合微乳中Ti和Na的原子比记作NT.NT一般取值20—2000。将混合微乳倒入足量丙酮中，沉淀生成。沉淀离心分离后，用丙酮清洗两遍，烘干后得到白色NaCl和Ti(OH)₄混合粉末。

4：热处理：

将上述粉末在适当温度热处理一段时间。产物用水溶解，除去其中NaCl。沉淀离心分离，用水再洗两遍，烘干。即制成具有金红石晶体结构的TiO₂纳米晶丝。