[发明专利]一种制备AlN纳米空心球的原位模板方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米空心球制备技术，涉及AlN纳米空心球的制备，具体为一种以无水三氯化铝为前驱物，制备AlN纳米空心球的原位模板方法。

背景技术

近年来，纳米空心球由于其重要的科学价值和潜在的应用前景引起了人们的极大兴趣，纳米空心球属于零维纳米材料，理论和实验研究表明：相对于体相实心材料，纳米空心球具有低密度、高比表面积、独特的光电及磁学性质等一系列优异的性能，可望广泛地应用于催化、药物传输、分离、光学器件等诸多领域(M.Valden，et al.，Science 1998，281，1647；F.Caruso，et al.，Science 1998，282，1111；P.T.Tanev，et al.，Nature 1994，368，321；K.W.Gallis，et al.，Adv.Mater.1999，11，1452；H.P.Lin，et al.，Science 1996，273，765)。因此，人们发展了多种技术路线，采用溶胶凝胶法、自组装法、模板法等方法制备各种具有特定性能的纳米空心球，其中模板法是广泛采用的方法之一，其基本过程如下：先在球形模板，如乳胶液滴、气泡、金属颗粒、高分子微球等外部包裹目标材料，再通过高温煅烧或化学刻蚀的方法去除模板，得到目标材料的空心球(B.Z.Putlitz，et al.，Adv.Mater.2001，13，500；Y.R.Ma，et al.，Langmuir 2003，19，9079；Y.G.Sun，et al.，Nano Lett.2002，2，481；A.P.Philipse，et al.，Langmuir 1994，10，92；Q.Peng，et al.，Angew.Chem.，Int.Ed.2003，42，3027)。但是，模板的制备和包裹过程比较复杂；且模板去除过程中，可能会引入外来杂质或模板去除不完全，这些因素不利于空心纳米材料的制备、表征和应用研究。

AlN是一种重要的III族氮化物，属于第三代半导体材料。近年来，由于具有高的热导率、低的热膨胀系数，小的(甚至是负的)电子亲和势，优良压电和介电性质，AlN受到人们越来越多的关注。科学家预测：纳米级的AlN材料在紫外光发光二极管、可变形的脉冲波传感器和纳米级的机械共振器等光电子器件领域有着潜在的应用前景(F.A.Ponce，Nature 1997，386，351；M.Akiyama，et al.，Appl.Phys.Lett.2003，82，1977；A.N.Cleland，et al.，Appl.Phys.Lett.2001，79，2070)。多种AlN一维纳米结构，包括纳米管、纳米线、纳米带和纳米锥(Q.Wu，et al.，J.Am.Chem.Soc.2003，125，10176；Y.J.Zhang，et al.，Chem.Mater.2001，13，3899；Q.Wu，et al.，J.Mater.Chem.2003，13，2024；Q.Wu，etal.，J.Phys.Chem.B.2003，107，9726；C.Liu，et al.，J.Am.Chem.Soc.2005，127，1318)，已经被成功制备并研究。人们还通过无水AlCl₃与NH₃气的化学反应制得了优质、高纯度的零维AlN实心纳米颗粒，该方法在过去的几十年里被深入地研究(K.G.Nickel，et al.，J.Am.Ceram.Soc.1989，72，1804；R.Riedel，et al.，J.Am.Ceram.Soc.1991，74，1331；N.C.Wu，et al.，J.Cryst.Growth 2000，208，189；J.R.Park，et al.，J.Mater.Sci.1993，28，57；M.C.Wang，J.Mater.Sci.2001，36，3283)，但是有关零维AlN空心球的报道还很少。最近文献报道，利用Al纳米颗粒做模板，经过高温氮化，通过Kirkendall效应制得了多晶的AlN纳米空心球(Y.W.Ma，et al.，J.Mater.Chem.2006，16，2834；J.Zheng，et al.，J.Solid StateChem.2007，180，276)，但得到的AlN纳米空心球的纯度不高，结晶度也不理想。