專利名稱：一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種硅納米材料的制備方法。
技術背景硅是典型的半導體材料，在半導體器件的應用方面具有舉足輕重的作用。但是塊體硅是窄禁帶半導體(約l.leV)，不適合光電器件等方面的應用，所 以硅在制備器件時具有局限性。 一維半導體材料(如硅納米管和硅納米線)， 因其具有與體材料截然不同的性質，當材料的直徑與其德布羅意波長相當時， 導帶與價帶進一步分裂，能隙隨直徑的減小而增大，量子限制效應及非線性光 學效應等會表現的越來越明顯，又因與現有硅技術極好的兼容性，所以一維硅 納米材料將在納米電子器件中具有極大的應用潛力。目前國際上大多采用工藝 較為復雜的物理及化學方法合成了硅納米材料，其硅鍵形式一般為spS雜化， 不易于形成管狀結構，所以硅納米管合成存在著很大的技術障礙，其研究也大 多基于理論預測。 發明內容發明目的是為了解決現有硅納米材料的制備工藝復雜且合成困難的問題， 而提供一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法。含有鐵核的硅納米材料制備方法按以下步驟實施 一、將水與乙醇按8 10: l的摩爾比混合，得溶液A; 二、將溶液A與SiO粉末按18 20: 1的質量比混合，得懸濁液B;三、將直徑為1 3mm的鐵絲在丙酮中超聲處理8 12min后與懸濁液B —同放入高壓反應釜中，再將高壓反應釜內溫度升溫至 450 500°C、保持壓強7 9MPa攪拌l 36h，然后冷卻至室溫，收集溶液中 的懸浮物質；四、將步驟三得到的懸浮物質用丙酮沖洗3 5次，而后在溫度 為70 9(TC的條件下真空干燥，得含有鐵核的硅納米材料；其中步驟三中升 溫速率為2 15。C/min，攪拌速率為150 250r/min。本發明首次采用有機溶劑——乙醇作為反應介質，得到的含有鐵核的硅納 米材料內部結構致密、均勻，表面光滑，非線性光學效應優異，兼容性也得到
了很大的提高，制備工藝簡單、易合成，成本低廉，可大規模的工業化生產。
圖1是具體實施方式
十二中所得粉末狀含有鐵核的硅納米材料的掃描電鏡圖(SEM)，圖2是具體實施方式
十二中所得粉末狀含有鐵核的硅納米材料單 根材料端部透射電鏡圖(TEM)，圖3是具體實施方式
十二中所得粉末狀含有鐵 核的硅納米材料單根納米材料的中間一部分的透射電鏡圖，圖3中數字1， 2 和3分別代表采集能譜的位置，圖4為對圖3所示位置的線掃描能譜。
具體實施方式
本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方 式間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式含有鐵核的硅納米材料的制備方法按以下步 驟實施 一、將水與乙醇按8 10: 1的摩爾比混合，得溶液A; 二、將溶液A與SiO粉末按18 20: 1的質量比混合，得懸濁液B;三、將直徑為1 3mm 的鐵絲在丙酮中超聲處理8 12min后與懸濁液B —同放入高壓反應釜中，再 將高壓反應釜內溫度升溫至450 50(TC、保持壓強7 9MPa攪拌1 36h，然 后冷卻至室溫，收集溶液中的懸浮物質；四、將步驟三得到的懸浮物質用丙酮 沖洗3 5次，而后在溫度為70 9(TC的條件下真空干燥，得含有鐵核的硅納 米材料；其中步驟三中升溫速率為2 15。C/min，攪拌速率為150 250r/min。本實施方式得到的含有鐵核的硅納米材料為粉狀物。本實施方式所使用的高壓反應釜為GCF-1型高壓反應釜，參數為溫度 為室溫 50(TC，攪拌速率為0 1000r/min。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟一中將水與 乙醇按9: l的摩爾比混合。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟二中SiO粉 末純度為99.99%，粒徑為200目。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一或三的不同是步驟二中將溶液A與SiO粉末按19: 1的質量比混合。其它步驟及參數與具體實施方式
一或三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟一中鐵絲直
徑為2mm。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式中在丙酮中超聲處理的目的是清洗鐵絲外表面所帶有的污垢 及雜質。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟三中以下以 4 10°C/min的升溫速率升溫至460 490°C。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一或六的不同是步驟三中以 5T7min的升溫速率升溫至470°C。其它步驟及參數與具體實施方式
一或六相 同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟三中在壓強 為7.5 8.5Mpa的條件下以180 220r/min攪拌速率攪拌4 20h。其它步驟及 參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一或八的不同是步驟三中在壓強為8Mpa的條件下以200r/min攪拌速率攪拌12h。其它步驟及參數與具體 實施方式一或九相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟四中將步驟 三得到的懸浮物質用丙酮沖洗4次。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式中使用丙酮的目的是為了清洗懸浮物質溶液中殘留的水及乙具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟四在溫度 為8(TC的條件下真空干燥。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十二本實施方式含有鐵核的硅納米材料的制備方法按以下 步驟實施 一、將水與乙醇按9: l的摩爾比混合，得溶液A; 二、將溶液A與純度為99.99°/。，粒徑為200目的SiO粉末按19: 1的質量比混合，得懸濁 液B;三、將直徑為2mm的鐵絲在丙酮中超聲處理10min與懸濁液B—同放 入高壓反應釜中，再將高壓反應釜內溫度升溫至47(TC、保持壓強8MPa攪拌 12h，然后冷卻至室溫，收集溶液中的懸浮物質；四、將步驟三得到的懸浮物 質用丙酮沖洗4次，而后在溫度為8(TC的條件下真空干燥，得含有鐵核的硅 納米材料；其中步驟三中升溫速率為5°C/min，攪拌速率為200r/min。 本實施方式得到的含有鐵核的硅納米材料經電鏡掃描，內部結構致密、均勻，表面光滑；經測得非線性光學效應優異，兼容性也得到了很大的提高；制 備工藝簡單、易合成，原材料市場可購得，降低了成本。本實施方式中所得粉末狀含有鐵核的硅納米材料的掃描電鏡圖如圖1所 示，從圖中可以明確看出本含有鐵核的硅納米材料呈現一維硅納米結構，經測 量本含有鐵核的硅納米材料的直徑為一百納米左右到數十微米，長度可達數十 甚至上百微米；本實施方式中所得粉末狀含有鐵核的硅納米材料的單根材料端 部透射電鏡圖(TEM)如圖2所示，從相的襯度可知， 一維納米結構基本由兩部 分組成，視為核殼結構。本實施方式中所得粉末狀含有鐵核的硅納米材料的單 根材料端部的中間一部分的透射電鏡圖如圖3所示，圖3中1， 2和3分別代 表采集能譜的位置，而圖4為對圖3所示位置的線掃描能譜，從圖4可以看出 納米線由Fe、 Si和O三種元素組成，米線中間部分含鐵量最高。
權利要求
1、一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，其特征在于含有鐵核的硅納米材料的制備方法按以下步驟實施一、將水與乙醇按8～10∶1的摩爾比混合，得溶液A；二、將溶液A與SiO粉末按18～20∶1的質量比混合，得懸濁液B；三、將直徑為1～3mm的鐵絲在丙酮中超聲處理8～12min后與懸濁液B一同放入高壓反應釜中，再將高壓反應釜內溫度升溫至450～500℃、保持壓強7～9MPa攪拌1～36h，然后冷卻至室溫，收集溶液中的懸浮物質；四、將步驟三得到的懸浮物質用丙酮沖洗3～5次，而后在溫度為70～90℃的條件下真空干燥，得含有鐵核的硅納米材料；其中步驟三中升溫速率為2～15℃/min，攪拌速率為150～250r/min。
2、 根據權利要求1所述的一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，其特 征在于步驟一中將水與乙醇按9: l的摩爾比混合。
3、 根據權利要求1所述的一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，其特 征在于步驟二中SiO粉末純度為99.99°/。，粒徑為200目。
4、 根據權利要求1所述的一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，其特 征在于步驟二中將溶液A與SiO粉末按19: 1的質量比混合。
5、 根據權利要求1所述的一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，其特 征在于步驟三中鐵絲的直徑為2mm。
6、 根據權利要求1所述的一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，其特 征在于步驟三中以5°C/min的升溫速率升溫至470°C 。
7、 根據權利要求1所述的一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，其特 征在于步驟三中在壓強為8Mpa的條件下以200r/min攪拌速率攪拌12h。
8、 根據權利要求1所述的一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，其特 征在于步驟四在溫度為8(TC的條件下真空干燥。
全文摘要
一種含有鐵核的硅納米材料的制備方法，它涉及一種硅納米材料的制備方法。它解決現有硅納米材料的制備工藝復雜且合成困難的問題。制備方法將水與乙醇混合然后再放入SiO粉末制備成懸濁液，并將懸濁液與經過處理的鐵絲置于高壓反應釜中，控制溫度、攪拌速率和攪拌時間，得到直徑在一百納米左右到數十微米，長度可達數十甚至上百微米的含有鐵核的硅納米材料。此方法工藝簡單、易合成，得到一維中心含鐵硅納米材料有極好的非線性光學效應和兼容性，可大規模的工業化生產。
文檔編號B01J2/00GK101396645SQ20081013724
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月28日 優先權日2008年9月28日
發明者徐加煥, 華 柯, 文 王, 王棟梁, 賈德昌 申請人:哈爾濱工業大學