專利名稱：一種MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬氧化物復合材料的制備，特別是一種MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法。
背景技術：
自從1991年，Iijima制備出碳納米管以來，由于具有獨特的力學、熱學及電學性能，使其在掃描隧道顯微鏡的針尖、納米器件和超大規(guī)模集成電路的連線、光導纖維和復合材料的增強劑等方面具有廣闊的應用前景。MgO作為寬帶隙絕緣體，具有高熔點(約2830°C)及低熱容的特點，高的二次電子發(fā)射場，在plasma display panel (PDP)、光電化學太陽能電池、金屬氧化物半導體柵可控器件與高溫超導體混合材料等光電可持續(xù)領域有著廣泛的應用。當尺寸細化至納米量級后，因納米材料所特有的體積效應和表面效應，氧化鎂納米材料在低溫燒結、微波吸收、催化性能等眾多方面呈現(xiàn)出許多不同于本體材料的熱、光、電、力學和化學特性。因此，MgO納米材料還可在電化學生物傳感器、殺菌劑、耐火材料等方面具有廣闊的應用前景。近年來，許多MgO納米帶的制備方法被相繼提出，但這些方法存在著工藝復雜，純度低、成本高等不足。Maldonado-Hodar等研究發(fā)現(xiàn)金屬氧化物和碳相之間能體現(xiàn)出很好的協(xié)同或者合作效應，這些特點使得C納米管(CNTs)應用于金屬氧化物復合材料中，可很好的改善復合材料的各種性能，以達到強強聯(lián)合的目的，使得MgO納米帶的性能更為優(yōu)良。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對以上技術分析，提供一種MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，該方法工藝簡單、純度高、合成溫度低、成本低、有望實現(xiàn)工業(yè)化量產。本發(fā)明技術方案:—種MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，采用射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)制備，步驟如下:I)將六水合硝酸鎳和六水合硝酸鎂溶于乙醇中，制得混合溶液作為催化劑前驅體；2)將上述混合溶液均勻滴涂在基片上，置于紅外燈下烘干，然后放于射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)沉積室的沉積臺上；3)關閉沉積室并抽真空，當真空度小于0.1Pa時，通入流量為5-200mL/min的保護氣體和10-300mL/min的H2,當壓強回升至IOO-1OOOPa時，將樣品臺在350-1000°C的條件下加熱0.5-2.5小時，使前驅物熱分解形成MgO和NiO ；4)施加50-500W的射頻功率，在氫等離子體的作用下還原NiO，還原時間為
0.5-2.5小時，形成Ni納米 金屬顆粒，獲得MgO納米帶-C納米管復合材料生長所需的N1-MgO催化體系；
5)通入氣體流量為10-200mL/min的碳源氣體，在壓強為20_1000Pa、襯底溫度為300-1000°C條件下，施加射頻功率50-500W，反應0.5-4.5個小時，連續(xù)生長即可制得MgO納米帶-C納米管復合材料。所述混合溶液中六水合硝酸鎳和六水合硝酸鎂的摩爾比為10-1:1-10，六水合硝酸鎳和六水合硝酸鎂的總量與乙醇的用量比為0.l-2mol/Lo所述基片為硅、玻璃或石英。所述保護氣體為氬氣或氦氣。所述碳源氣體為甲烷、乙炔或乙烯。本發(fā)明的技術分析:射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)中，在上下兩個電極之間施加射頻偏壓，產生輝光等離子體，樣品臺設置有加熱器，與輝光等離子體一起給襯底加熱，襯底溫度由熱電偶測量，并通過自動控溫系統(tǒng)控制；當氫氣通過兩電極之間時，形成氫等離子體，由硝酸鎳熱分解形成的NiO經過氫等離子體還原形成Ni納米金屬顆粒，與MgO共同作為生長碳納米管的催化劑體系，在氫、碳源氣體等離子體氣氛下生長碳納米管，同時，MgO在等離子作用下形成納米帶形貌。本發(fā)明的優(yōu)點:采用射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)，在基片上可直接快速生長MgO納米帶-C納米管復合材料，催化劑的形成與材料的生長同時完成，產品純度高，制備工藝簡單、合成溫度低、成本低，有利于工業(yè)化規(guī)模生產且潛力巨大。
圖1為實施例1的工藝條件下制備的MgO納米帶-C納米管復合材料SEM照片。
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圖2為實施例2的工藝條件下制備的MgO納米帶-C納米管復合材料中C納米管的HRTEM照片。圖3為實施例2的工藝條件下制備的MgO納米帶-C納米管復合材料中MgO納米帶的HRTEM照片。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。該MgO納米帶-C納米管復合材料的制備中，所采用的射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)為中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司生產的PECVD400型高真空單靶高溫鍍膜設備。實施例1:一種MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，采用射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)制備，步驟如下:I)將14.5g的六水合硝酸鎳和12.Sg的六水合硝酸鎂溶于IOOmL的乙醇中，制得硝酸鎳溶液濃度為0.5mol/L，濃度比為1:1的混合溶液，制得催化劑前驅體；2)將混合溶液均勻滴涂在硅基片上，在紅外燈下烘干后，置于射頻等離子體增強CVD^tl積室的樣品臺上；3)關閉沉積室并抽真空，當真空度小于0.1Pa時，通入流量為12mL/min的Ar和60mL/min的H2，當壓強回升至400Pa時，將樣品臺在700°C的條件下加熱1.5個小時，使前驅物熱分解形成MgO和NiO ；4)施加250W的射頻功率，在氫等離子體的作用下還原NiO，還原時間為I個小時，形成Ni納米金屬顆粒,獲得MgO納米帶-CNTs納米管復合材料生長所需的N1-MgO催化體系;5)通入氣體流量為50mL/min的CH4，在壓強為400Pa、襯底溫度為750°C條件下，施加射頻功率200W，反應0.5個小時，生長MgO納米帶-C納米管復合材料。圖1為該工藝條件下制備的MgO納米帶-C納米管復合材料SEM照片，圖中顯示復合材料中碳納米管管徑約為20nm, MgO納米帶寬度約為20nm。實施例2:一種MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，采用射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)制備，步驟如下:I)將7.25g的六水合硝酸鎳和14.2g的六水合硝酸鎂溶于IOOmL的乙醇中，制得硝酸鎳溶液濃度為0.25mol/L，濃度比為1:3的混合溶液；2)將混合溶液均勻滴涂在玻璃基片上，在紅外燈下烘干后，置于射頻等離子體增強CVD沉積室的樣品臺上；
3)關閉沉積室并抽真空，當真空度小于0.1Pa時，通入流量為10mL/min的氦氣和70mL/min的H2,當壓強回升至500Pa時，將樣品臺在800°C的條件下加熱I個小時，使前驅物熱分解形成MgO和NiO ；4)施加300W的射頻功率，在氫等離子體的作用下還原NiO，還原時間為I個小時，形成Ni納米金屬顆粒,獲得MgO納米帶-C納米管復合材料生長所需的N1-MgO催化體系；5)通入氣體流量為60mL/min的乙炔，在壓強為500Pa、襯底溫度為800°C條件下，施加射頻功率300W，反應I個小時，生長MgO納米帶-C納米管復合材料。圖2為該工藝條件下制備的MgO納米帶-C納米管復合材料中C納米管的HRTEM照片，圖中顯示所制備的碳納米管為“竹節(jié)狀”的多壁碳納米管，管徑約為20nm。圖3為該工藝條件下制備的MgO納米帶-C納米管復合材料中MgO納米帶的HRTEM照片，圖中顯示所制備的MgO納米帶為分枝狀結構，寬度約為10nm，且整體寬度均勻。通過實驗確證，本發(fā)明中通過控制生長條件:如催化劑前驅物濃度及濃度比例、反應壓強、氣體流量、電弧功率等工藝條件，能制備出各種需求的MgO納米帶-C納米管復合材料。
權利要求
1.一種MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，其特征在于:采用射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)制備，步驟如下: 1)將六水合硝酸鎳和六水合硝酸鎂溶于乙醇中，制得混合溶液作為催化劑前驅體； 2)將上述混合溶液均勻滴涂在基片上，置于紅外燈下烘干，然后放于射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)沉積室的沉積臺上； 3)關閉沉積室并抽真空，當真空度小于0.1Pa時，通入流量為5-200mL/min的保護氣體和10-300mL/min的H2,當壓強回升至IOO-1OOOPa時，將樣品臺在350-1000°C的條件下加熱0.5-2.5小時，使前驅物熱分解形成MgO和NiO ； 4)施加50-500W的射頻功率，在氫等離子體的作用下還原NiO，還原時間為0.5-2.5小時，形成Ni納米金屬顆粒,獲得MgO納米帶-C納米管復合材料生長所需的N1-MgO催化體系; 5)通入氣體流量為10-200mL/min的碳源氣體，在壓強為20_1000Pa、襯底溫度為300-1000°C條件下，施加射頻功率50-500W，反應0.5-4.5個小時，連續(xù)生長即可制得MgO納米帶-C納米管復合材料。
2.根據權利要求1所述MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，其特征在于:所述混合溶液中六水合硝酸鎳和六水合硝酸鎂的摩爾比為10-1:1-10，六水合硝酸鎳和六水合硝酸鎂的總量與乙醇的用量比為0.l-2mol/Lo
3.根據權利要求1所述MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，其特征在于:所述基片為硅、玻璃或石英。
4.根據權利要求1所述MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法,其特征在于:所述保護氣體為氬氣或氦氣。
5.根據權利要求1所述MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，其特征在于:所述碳源氣體為甲烷、乙炔或乙烯。
全文摘要
一種MgO納米帶-C納米管復合材料的制備方法，采用射頻等離子體增強CVD系統(tǒng)制備，將六水合硝酸鎂、六水合硝酸鎳溶于乙醇中，作為催化生長MgO納米帶-C納米管復合材料的前驅體；將混合溶液均勻滴涂在基片上，置于射頻等離子體增強CVD的沉積臺上，加熱分解形成MgO和NiO，通入保護氣體和氫氣，使得NiO在氫等離子體作用下被還原為Ni納米金屬顆粒，獲得Ni-MgO催化體系；通入碳源氣體，在其等離子氣氛下生長MgO納米帶-C納米管復合材料。本發(fā)明的優(yōu)點是制備工藝簡單、成本低、合成溫度低、產品純度高，工業(yè)化批量生產及應用潛力巨大，在催化劑、生化傳感器、微波吸收等光、電、磁、化學領域有廣泛的應用前景。
文檔編號C01B31/02GK103073033SQ201310028460
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權日2013年1月25日
發(fā)明者李明吉, 王秀鋒, 李紅姬, 狄海榮, 曲長慶 申請人:天津理工大學