[发明专利]一种低温下制备小尺寸氧化铟锡纳米线材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备氧化铟锡纳米线材料的方法，尤其是一种使用电子束蒸发技术在低温下大面积制备锡掺杂的氧化铟(ITO)纳米结构的方法，属于光电子器件材料技术领域。

背景技术

随着科技的不断进步，纳米材料已经成为当前发展高新科技的一个重要而有力的支柱。纳米材料的制备和相关性质的研究一直是目前纳米科学研究的前沿和热点。如何可控，有效，低成本，大量，均匀地制备出性能优异的纳米材料是纳米科技中最有挑战性的课题之一。

锡掺杂的氧化铟(ITO)是一种重要的功能半导体材料。未掺杂的氧化铟为n型半导体，其能带宽度为3.6电子伏特。当进行高浓度的锡掺杂后，其变为简并的高导电性半导体。由于ITO有高的载流子浓度和较大的能带，其兼具有优良的室温导电性能和可见光透过率，同时具有良好的红外反射性能，这使得ITO材料近年来得到了广泛的研究和应用。比如，ITO薄膜已经被广泛的应用于制作导电玻璃，应用于显示和照明领域，并已经创造出巨大的经济价值。涂有ITO材料的玻璃已经证实有好的紫外线的吸收和红外线的反射能力，因而可以作为智能玻璃，这也有着巨大的潜在市场前景。最近的研究表明，由于ITO材料具有好的导电性能，好的温度稳定性和抗氧化能力，因而其也有可能作为场发射的冷阴极材料。

由于ITO材料的巨大应用价值，近年来其引起了众多研究者的研究兴趣。随着研究的深入，现在已有一些方法可以用来制备ITO纳米线，并且发现纳米尺度的ITO材料相比于体材料有着许多优异的性质。比如C.Li等人报道了使用化学气相沉积(CVD)方法制备的ITO纳米线，发现单根ITO纳米线具有优异的传感器性能[Chao Li，Daihua Zhang，Bo Lei，Song Han，Xiaolei Liu，and Chongwu Zhou，J.Phys.Chem.B 107，12451(2003)]。Q.Wan等人使用物理气相沉积(PVD)方法利用催化剂制备了ITO纳米线阵列，发现其具有良好的场发射性能[Q.Wan，P.Feng and T.H.Wang，Appl.Phys.Lett.89，123102(2006)]。以上研究结果表明了ITO纳米材料有着广阔的应用前景和研究价值。

然而，现阶段制备纳米材料(不仅仅是ITO纳米材料)的主要方法是管式炉热蒸发方法。其主要特点是蒸发源(比如氧化铟，金属铟等)在高于其沸点或分解温度时变成气态，然后通过通入携带气体(如N₂，H₂等)将蒸发或分解物带到低温区，随后气态物质就在低温区进行成核生长，通过控制携带气体的种类、流量，蒸发温度，低温区温度等等参数对纳米材料的生长进行控制。管式炉热蒸发法由于具有简单易操作，并且可以用于制备多种纳米材料因而得到了广泛的应用和研究。但是，利用管式炉热蒸发制备纳米材料需要较高的温度，同时重复性差、成本高，因而阻碍了其在大规模生产中的应用。同时，由于沉积速度快，沉积温度高等因素，使用管式炉热蒸发法难以出得到小尺寸(十纳米)的一维纳米线材料。为了得到尺寸可控、均匀、重复性好的纳米结构，人们使用了很多的方法，比如模版法，即使用已有的纳米结构为模版进行新的纳米结构的制备；或使用催化方法，通常是使用贵金属为催化剂，通过控制催化剂的尺寸来控制得到的纳米结构的尺寸。以上两种方法可以得到比较好的重复性，并且可以做到尺寸均匀可控，但是由于模版法需要借助于已有的纳米尺度的模版，而催化生长方法需要使用到贵金属，这两种方法在实际的应用中面临了难以大面积推广的问题。

检索发现，申请号为200510130793.X、200410029905.8以及03155931.X的中国专利申请分别公开了相关技术。但分析可知，这些已有技术均需较高的温度，可控性较差，且大多需要使用催化剂，增加了成本，尤其是只能得到大尺寸的产物，难以满足实际需要。

发明内容

本发明的任务是：针对上述现有技术存在的问题，提出一种在低温下使用电子束蒸发技术大面积均匀低温下制备小尺寸氧化铟锡纳米线材料的方法，所制备出的ITO纳米线应当均匀可控、成本低廉，从而可以在光伏产业中得到切实推广应用。

为了完成以上任务，申请人对利用电子束蒸发的方法大面积均匀制备ITO纳米结构的方法进行了系统深入的研究和反复的实验，提出如下低温下制备小尺寸氧化铟锡纳米线材料的方法：