[发明专利]稀土和碱土六硼化物纳米线、纳米棒和纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学领域，尤其是一种稀土和碱土六硼化物纳米线、纳米棒和纳米管的制备方法。

背景技术

稀土和碱土六硼化物具有特殊的结构使得其在磁、光、电等方面具有独特的性质，特别是具有一系列其它材料无法比拟的优良特性，比如功函数低、熔点高、蒸发率低、硬度大、导电率高、化学稳定性强等特点，正是由于该材料具备良好的物理性能和化学性能，用它制备的场发射电子源或器件性能稳定，使用寿命长，这是其具有广阔应用前景的重要原因。该系列材料广泛用于冷阴极发射源、传感器、微电子器件等高性能电子源器件及雷达，航空航天，电子工业，仪器仪表，医疗器械等多种民用工业和国防工业。因此，制备和研究该系列六硼化物具有非常重要的科学价值和潜在的应用价值。

目前常见的制备六硼化物纳米线的方法主要有：（1）以稀土金属、碱土金属或者它们的无水氯化物为金属源前驱体，以三氯化硼(BCl₃)为硼源前驱体的化学气相沉积方法（Zhang H. et al. Single-Crystalline LaB₆ Nanowires. J. Am. Chem. Soc. 127, 2862-2863, 2005）。（2）以无水RCl₃为稀土源前驱体，以十硼烷(B₁₀H₁₄)为硼源前驱体的化学气相沉积方法（Brewer J. R. et al. Rare Earth Hexaboride Nanowires：General Synthetic Design and Analysis Using Atom Probe Tomography. Chem.Mater. 23, 2606-2610. 2011）。(3) 以RCl₃·7H₂O为稀土源前驱体，以B₂H₆为硼源前驱体的化学气相沉积方法（Xu J.Q. et al. Fabrication of vertically aligned single-crystalline lanthanum hexaboride nanowire arrays and investigation of their field emission. NPG Asia Materials. 5, e53(1-9). 2013.）。在第(1)种方法中，由于BCl₃腐蚀性很强，所以合成样品存在产量较低，形貌差等缺点；在第(2)种方法中，由于是B₁₀H₁₄是一种固体，并且需要在高温下输运，另外使用Pt、Au催化剂亦会增加生产成本；在第(3)种方法中，由于B₂H₆有剧毒，不宜采用其做硼源前驱体。

发明内容

本发明的目的是：提供一种稀土和碱土六硼化物纳米线、纳米棒和纳米管的制备方法，它简单可行、成本低廉、产量高、结晶度高、产品质量好，而且对环境友好，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：稀土和碱土六硼化物纳米线、纳米棒和纳米管的制备方法，包括如下步骤：

1）将金属源及硼源分别放入不同容器中，金属源与硼源的质量比为1-3:5-20，将装有金属源及硼源的容器均放置到管式电炉的石英管中部；

2）将纯净的衬底放到陶瓷舟上，并将陶瓷舟置入管式电炉的石英管前驱体的下气流方向；密封石英管，并充满保护气体，然后对石英管抽真空；

3）在真空条件下，以20-100℃/min的升温速率加热石英管到 900-1100℃，保护气体流速为20-200sccm；保温10-60分钟；

4）最后在真空气氛下自然冷却，直至冷却至室温；取出衬底，获得稀土和碱土六硼化物纳米线、纳米棒和纳米管。

所述的金属源为稀土金属的氯化物、碱土金属的氯化物，或稀土金属的氯化物与碱土金属的氯化物的组合物。

所述的稀土金属包括Sc、Y、 La、Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb或Lu；所述的碱土金属为Ca、Sr或Ba。

所述的硼源为硼氢化合物。

所述的保护气体为氩气。

所制备的纳米线、纳米棒和纳米管直径为20-800nm，长度为1-20μm。