[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

摘要

单晶二氧化钛纳米棒大面积生长方法及该纳米棒的应用，将清洗的钛片放入酸溶液化学氧化后作为对电极，在NiSO4•6H2O溶液中进行电化学沉积，在钛片表面形成一层金属镍纳米颗粒，在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：将反应腔预抽真空，同时升温；当反应腔压强降至10～100Pa时，通入氢气，对金属镍纳米颗粒还原；反应腔内的温度升至700～850℃，停止通入氢气，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；自然降至室温，制得单晶二氧化钛纳米棒。将其直接作为场发射冷阴极。本发明生长方法能在较低温度和真空度下制备出可直接作为场发射冷阴极的单晶二氧化钛纳米棒。

主权项

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。