[发明专利]单晶二氧化钛纳米棒大面积生长方法及该纳米棒的应用

权利要求书

1. 一种单晶二氧化钛纳米棒大面积生长方法，在钛基底上生长能直接作为场发射冷阴极的单晶二氧化钛纳米棒，其特征在于，该生长方法按以下步骤进行：

步骤1：清洗钛片；

步骤2：按体积比1︰4～8，分别取浓氢氟酸和浓盐酸，混合成酸溶液，将步骤1清洗后的钛片放入该酸溶液中，化学氧化1 min～5 min，在钛片表面形成二氧化钛颗粒膜；

步骤3：将步骤2化学氧化后的钛片作为对电极，在0.1 M～0.4 M的NiSO₄·6H₂O溶液中电化学沉积10 s～200 s，在化学氧化后的钛片上形成金属镍纳米颗粒，电化学沉积过程中控制直流电压为1.2 V～2.5 V； 

步骤4：将步骤3中电化学沉积后的钛片置于化学气相沉积系统的反应腔内，生长单晶二氧化钛纳米棒阵列结构：

1）对该反应腔预抽真空10 Pa～100 Pa，同时以10 ℃/min～20 ℃/min的升温速率将反应腔温度升至500 ℃～650 ℃；

2）当反应腔内的压强降至10 Pa～100 Pa时，通入流量为5 SCCM～10 SCCM的氢气，将沉积在钛片上的金属镍纳米颗粒还原1 h～3 h；

3）将反应腔内的温度升至700 ℃～850 ℃，停止通入氢气，同时通入载气和乙炔，使二氧化钛颗粒膜重构生长为单晶二氧化钛纳米棒，生长时间0.5 h～3 h，生长过程中保持反应腔内总压强为200 Pa～700 Pa；

4）生长完成后，停止通入乙炔和载气，自然降温至室温，制得单晶二氧化钛纳米棒。

2. 根据权利要求1所述的单晶二氧化钛纳米棒大面积生长方法，其特征在于，所述步骤1中的钛片依次在丙酮和无水乙醇溶液中进行超声清洗。

3. 根据权利要求1所述的单晶二氧化钛纳米棒大面积生长方法，其特征在于，所述步骤4中的载气为氢气或氮气。

4. 根据权利要求3所述的单晶二氧化钛纳米棒大面积生长方法，其特征在于，所述氢气流量为5 SCCM～10 SCCM，氮气流量为2 SCCM～20 SCCM。

5. 根据权利要求1所述的单晶二氧化钛纳米棒大面积生长方法，其特征在于，所述步骤4中的乙炔流量为1 SCCM～2 SCCM。

6. 一种采用权利要求1所述生长方法制得的单晶二氧化钛纳米棒的应用。

7. 根据权利要求6所述单晶二氧化钛纳米棒的应用，其特征在于，该单晶二氧化钛纳米棒直接作为场发射冷阴极。

8. 根据权利要求7所述单晶二氧化钛纳米棒的应用，其特征在于，所述阴极到阳极的距离为50μm～200μm，真空度为 5.0×10^-5 Pa，阳极电压的变化范围为0 V～4000 V。