納米帶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高純度胃03納米帶的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]寬禁帶半導(dǎo)體如W03、GaN, ZnO和SnO2等，具有系列優(yōu)異的物理特性，以其低維納米結(jié)構(gòu)作為功能單元，有望實(shí)現(xiàn)新穎高效的半導(dǎo)體納米器件的研發(fā)，其關(guān)鍵基礎(chǔ)之一是如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的半導(dǎo)體低維納米材料的制備及其結(jié)構(gòu)調(diào)控。
[0003]氧化鎢是一種典型的η型金屬氧化物半導(dǎo)體，具有突出的電致變色和光致變色等特性，在變色和光電探測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于納米材料具有獨(dú)特的納米效應(yīng)，一維WO3納米材料被認(rèn)為是構(gòu)筑高效微型光電探測器的優(yōu)異候選材料。如Golberg小組報(bào)道了在碳紙上通過化學(xué)氣相沉積的方法制備出單晶WO3納米線，研宄結(jié)果表明，WO 3納米線能夠高靈敏的探測紫外光。Zhang等人通過水熱方法合成了六方晶系單晶WO3納米線，研宄結(jié)果表明，單根評03納米線對紫外線表現(xiàn)出很強(qiáng)敏感度，展現(xiàn)WO 3低維納米材料在半導(dǎo)體器件應(yīng)用上的良好前景。然而，當(dāng)前所采用的合成冊3低維納米材料的方法，比如水熱法、熱氧化法等，均工藝較復(fù)雜，工藝周期長，難于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的生長控制，因此很難獲得高純度的低維納米材料，阻礙了后續(xù)器件應(yīng)用。因此，研發(fā)出一種簡單有效的高純度一維WO3納米結(jié)構(gòu)的材料制備技術(shù)，仍然是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。
[0004]靜電紡絲技術(shù)，其設(shè)備簡單，操作方便，結(jié)構(gòu)可控，是當(dāng)前用于制備一維納米材料的最為廣泛和成熟的技術(shù)之一。本專利技術(shù)旨在通過對靜電紡絲技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高純度WO3納米帶的可控制備，為其后續(xù)器件應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決問題是實(shí)現(xiàn)高純度WO3納米帶的可控制備。本發(fā)明方法通過調(diào)節(jié)靜電紡絲過程中的電壓，實(shí)現(xiàn)了 WO3—維納米結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)圓柱狀纖維到納米帶的可控轉(zhuǎn)變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同寬徑比的高純度WO3納米帶的可控制備。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明的高純度WO3納米帶的制備方法包括以下步驟:
[0008](I)、將配置好的WCl6-PVP前驅(qū)體紡絲液置于靜電紡絲機(jī)中進(jìn)行靜電紡絲，從接收器上收集得到有機(jī)前驅(qū)體一維納米材料；
[0009](2)、通過控制靜電紡絲所施加的電壓，實(shí)現(xiàn)有機(jī)前驅(qū)體一維納米材料形貌的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高純度有機(jī)前驅(qū)體納米帶的制備；
[0010](3)、將所述前驅(qū)體纖維進(jìn)行高溫煅燒，即可獲得高純度胃03納米帶。
[0011]在步驟⑴中，WCl6-PVP前驅(qū)體紡絲液的配置方法如下:將原料胃(:16與聚乙烯吡咯烷酮按質(zhì)量比5:1混合，溶解到無水乙醇與N，N- 二甲基甲酰胺體積比為1:4的混合溶液中，WCl6與聚乙烯吡咯烷酮的總質(zhì)量與無水乙醇與N，N- 二甲基甲酰胺總體積的比為2.4:5g/mL，然后在室溫下攪拌2.5小時(shí)。
[0012]在步驟(I)中，靜電紡絲的方法為:將制備好的前驅(qū)體紡絲液量取4mL注入塑料針管內(nèi)，并置于靜電紡絲機(jī)，金屬針頭作陽極，導(dǎo)電網(wǎng)作陰極，固定陽極與陰極之間的距離為20cm，在8?ISkV高壓下進(jìn)行靜電紡絲，然后從導(dǎo)電網(wǎng)上收集得到前驅(qū)體一維納米材料。
[0013]在步驟(I)中，將接收器上收集得到前驅(qū)體帶進(jìn)行干燥處理，然后將得到固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體帶再進(jìn)行下一步驟的煅燒。
[0014]在步驟(2)中，靜電紡絲所施加的電壓調(diào)控高于15.5kV，實(shí)現(xiàn)高純度前驅(qū)體納米帶的制備。
[0015]在步驟(3)中，煅燒時(shí)，煅燒溫度控制在500 °C，保溫30min，升溫速度控制在7 V /
mino
[0016]在步驟(3)中，在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒。
[0017]本發(fā)明的積極效果如下:
[0018]1、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高純度高質(zhì)量WO3納米帶的可控制備。
[0019]2、工藝簡單，重復(fù)性好。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米帶的低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米帶的高分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的三氧化鎢納米帶低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的單根三氧化鎢納米帶掃描電鏡圖。
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的單根三氧化鎢納米帶截面掃描電鏡圖。
[0025]圖6為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的三氧化鎢納米帶材料X-射線衍射圖譜。
[0026]圖7為本發(fā)明實(shí)施例二所制得的固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米纖維的低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0027]圖8為本發(fā)明實(shí)施例二所制得的單根固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米纖維截面的掃描電鏡圖。
[0028]圖9為本發(fā)明實(shí)施例二所制得的三氧化鎢納米纖維低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0029]圖10為本發(fā)明實(shí)施例二所制得的三氧化鎢納米纖維高分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0030]圖11為本發(fā)明實(shí)施例二所制得的單根三氧化鎢納米纖維截面掃描電鏡圖。
[0031]圖12為本發(fā)明實(shí)施例三所制得的固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米帶的低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0032]圖13為本發(fā)明實(shí)施例三所制得的單根固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米帶截面的掃描電鏡圖。
[0033]圖14為本發(fā)明實(shí)施例三所制得的三氧化鎢納米帶低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0034]圖15為本發(fā)明實(shí)施例三所制得的三氧化鎢納米帶高分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0035]圖16為本發(fā)明實(shí)施例三所制得的單根三氧化鎢納米帶截面掃描電鏡圖。
[0036]圖17為本發(fā)明實(shí)施例四所制得的固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米帶的低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0037]圖18為本發(fā)明實(shí)施例四所制得的單根固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米帶截面的掃描電鏡圖。
[0038]圖19為本發(fā)明實(shí)施例四所制得的三氧化鎢納米帶低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0039]圖20為本發(fā)明實(shí)施例四所制得的三氧化鎢納米帶高分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0040]圖21為本發(fā)明實(shí)施例四所制得的單根三氧化鎢納米帶截面掃描電鏡圖。
[0041]圖22為本發(fā)明實(shí)施例五所制得的固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米帶的低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0042]圖23為本發(fā)明實(shí)施例五所制得的單根固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米帶截面的掃描電鏡圖。
[0043]圖24為本發(fā)明實(shí)施例五所制得的三氧化鎢納米帶低分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0044]圖25為本發(fā)明實(shí)施例五所制得的三氧化鎢納米帶高分辨倍率下掃描電鏡圖。
[0045]圖26為本發(fā)明實(shí)施例五所制得的單根三氧化鎢納米帶截面掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]為使本發(fā)明技術(shù)方案清晰明白，下面本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)、完整地描述。
[0047]實(shí)施例一
[0048]量取Iml的無水乙醇和4ml的N, N-二甲基甲酰胺(DMF)置于錐形瓶中，稱取0.4g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)緩慢的加入到已稱取好的無水乙醇與DMF的混合液中，在室溫下攪拌2h，直至得到澄清透明的PVP溶液；再稱取2g的WCl6快速的加入到已分散好的PVP溶液中，在室溫下繼續(xù)攪拌0.5h，直到形成澄清深藍(lán)色的WC16/PVP的溶液。將配置好的前驅(qū)體紡絲液靜置后注入塑料針管內(nèi)，并水平置于紡絲機(jī)上。金屬針頭(0.22mm)作電紡絲陽極，鐵絲網(wǎng)作接收材料的陰極，陽極與陰極之間的距離為20cm，在ISkV高壓下進(jìn)行靜電紡絲，制備得到高純度均勻分布的有機(jī)前驅(qū)體帶材料。然后將機(jī)前驅(qū)體帶材料置于70°C恒溫烘干箱內(nèi)，獲得固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體帶材料，如圖1、圖2所示。最后將固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體置于坩禍中，在空氣氣氛下以7V /min在500°C保溫30分鐘進(jìn)行煅燒，然后隨爐冷卻。圖3、圖4為所制備的高純度冊3納米帶材料的典型低倍和高倍掃描電鏡照片，表明所制備的材料為高純度的帶狀結(jié)構(gòu)納米材料；圖5為單根WO3納米帶的截面掃描電鏡圖，進(jìn)一步證明所制備得到的材料為帶狀結(jié)構(gòu)的納米材料；圖6為其相應(yīng)的X-射線衍射(XRD)圖譜，表明所制備的納米帶材料為純的單斜三氧化鎢相，且具有良好的結(jié)晶性。
[0049]實(shí)施例二
[0050]量取Iml的無水乙醇和4ml的N, N-二甲基甲酰胺(DMF)置于錐形瓶中，稱取0.4g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)緩慢的加入到已稱取好的無水乙醇與DMF的混合液中，在