[go: up one dir, main page]

CN110295342B - 一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法 - Google Patents

一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110295342B
CN110295342B CN201910651664.7A CN201910651664A CN110295342B CN 110295342 B CN110295342 B CN 110295342B CN 201910651664 A CN201910651664 A CN 201910651664A CN 110295342 B CN110295342 B CN 110295342B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tungsten
tungsten oxide
laser
plasma
oxide nanorods
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910651664.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110295342A (zh
Inventor
范红玉
倪维元
牛金海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Minzu University
Original Assignee
Dalian Minzu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Minzu University filed Critical Dalian Minzu University
Priority to CN201910651664.7A priority Critical patent/CN110295342B/zh
Publication of CN110295342A publication Critical patent/CN110295342A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110295342B publication Critical patent/CN110295342B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C23C8/12—Oxidising using elemental oxygen or ozone

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法，属于工程材料制备领域。主要技术方案包括采用氢等离子体对钨衬底进行预处理和将预处理后的钨衬底在低气压含氧环境下退火两个步骤。本发明采用等离子体辅助预处理的方法，可在温度低于550℃下制备出分散均匀、纯度高、结晶程度高的氧化钨纳米棒；氧化钨纳米棒的密度和形态可以通过处理时间和氧气分压来控制，制备过程中不涉及样品的研磨过程，不会额外引入杂质，不涉及到废气或废液的回收，对环境无污染，操作简单。

Description

一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法
技术领域
本发明涉及一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法，属于工程材料制备领域。
背景技术
氧化钨是一种新型的氧化物半导体材料之一，它具有较多的晶体结构，多变的化学配比，常见的主要有WO3、WO2、W18O49等。其中W18O49是氧化钨体系中最稳定的一种，具有单斜晶体结构。W18O49中含有大量的氧原子空位，这种晶格缺陷使W18O49具有优异的电致变色、催化等特性，因此广泛应用于气敏传感、电致变色、光催化等领域。
一维W18O49纳米棒的制备方法有很多，如液相法、气相法、电化学合成、模板合成等，采用不同的制备方法可以制备出不同形貌特征的的W18O49纳米棒。这些现有的方法大多需经过一个高温(>600℃)处理的步骤，这就增加了W18O49纳米棒量化生产的难度和能耗。开发能够在较低温度下制备形貌可控的一维W18O49纳米棒材料的方法也成为现代科学工作者关注的重点。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提出了一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法，这种方法可以在等离子体辅助条件下制备出形貌可控的氧化钨纳米棒。
本发明的技术方案如下：一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法，包括下述步骤：
①采用氢等离子体对钨衬底进行预处理，射频放电功率为3-10kW，放电气压为5-30Pa，预处理时间为10-60min；
②将步骤①处理后的钨衬底在氧气中进行退火处理，真空腔内退火气压为2.0×10-3-1.5×10-1Pa，在温度为380-520℃时退火5-240min，即可在钨衬底上生长出氧化钨纳米棒。
进一步的：所述氢等离子体为纯氢气、或氢气与氩气、氮气、氦气的任一种混合气体。
进一步的：所述的钨衬底为含量不低于95wt％的纯钨材料。
进一步的：预处理后的钨衬底在低于大气压的含氧环境下进行退火处理。
进一步的：退火处理采用激光器快速加热方法，所述激光器为半导体激光器，激光波长为980nm，光纤耦合连续输出，激光光斑形状为圆形光束。
进一步的：所生成的氧化钨纳米棒结构为W18O49，纳米棒的直径为10-50nm，长度为20-500nm。
本发明的有益效果为：现有的制备氧化钨纳米棒的方法均需要采用高温(600-2000℃)处理的步骤，高温处理会导致氧化钨纳米棒团聚、烧结、分散性不好。本发明采用等离子体辅助预处理的方法，可在温度低于550℃下制备出分散均匀、纯度高、结晶程度高的氧化钨纳米棒；氧化钨纳米棒的密度和形态可以通过处理时间和氧气分压来控制，制备过程中不涉及样品的研磨过程，不会额外引入杂质，不涉及到废气或废液的回收，对环境无污染，操作简单。
附图说明
图1是实施例1制备的氧化钨纳米棒的X-射线衍射光谱图；
图2是实施例2所得氧化钨纳米棒的扫描电镜图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
①将尺寸为10mm×10mm×2mm钨片抛光后，置于真空腔中，开启机械泵、分子泵抽真空至1.0×10-4Pa；
②在真空腔中通入氢气，腔体内气压为30Pa，打开射频等离子体电源开始放电，放电功率为4kW，处理时间为30min，关闭等离子体电源和氢气后的腔体内气压维持在1.0×10-4Pa；
③在真空腔内通入氧气，至腔体气压上升至3.0×10-2Pa时，打开半导体激光器，激光波长为980nm，光纤耦合连续输出，激光光斑形状为圆形光束，调整激光器输出功率，样品表面温度迅速增加至380℃，加热处理时间为2h，处理结束后关闭激光器、关闭氧气，冷却1h后，既得氧化钨纳米棒，氧化钨纳米棒结构为W18O49，纳米棒的直径为10-15nm，长度为15-20nm，X-射线衍射光谱图见图1。
实施例2
①将尺寸为10mm×10mm×0.1mm的钨箔置于真空腔中，开启机械泵、分子泵抽真空至1.0×10-4Pa；
②在真空腔中通入氢气与氩气的混合气体，腔体内气压为30Pa，打开射频等离子体电源开始放电，放电功率为6kW，处理时间为20min，关闭等离子体电源和氢气后的腔体内气压维持在1.0×10-4Pa；
③在真空腔内通入氧气，至腔体气压上升至3.0×10-2Pa时，打开激光器，调整激光器输出功率，样品表面温度迅速增加至470℃，加热处理时间为30min，处理结束后关闭激光器、关闭氧气，冷却1h后，既得氧化钨纳米棒，氧化钨纳米棒结构为W18O49，纳米棒的直径为20-30nm，长度为200-300nm，扫描电镜图见图2。
实施例3
①将尺寸为10mm×10mm×2mm钨片抛光后，置于真空腔中，开启机械泵、分子泵抽真空至1.0×10-4Pa；
②在真空腔中通入氢气与氮气的混合气体，腔体内气压为30Pa，打开射频等离子体电源开始放电，放电功率为5kW，处理时间为30min，关闭等离子体电源和氢气后的腔体内气压维持在1.0×10-4Pa；
③在真空腔内通入氧气，至腔体气压上升至3.0×10-2Pa时，打开半导体激光器，激光波长为980nm，光纤耦合连续输出，激光光斑形状为圆形光束，调整激光器输出功率，样品表面温度迅速增加至520℃，加热处理时间为30min，处理结束后关闭激光器、关闭氧气，冷却1h后，既得氧化钨纳米棒，氧化钨纳米棒结构为W18O49，纳米棒的直径为30-40nm，长度为300-500nm。
实施例4
①将尺寸为10mm×10mm×2mm钨片抛光后，置于真空腔中，开启机械泵、分子泵抽真空至1.0×10-4Pa；
②在真空腔中通入氢气与氦气的混合气体，腔体内气压为6Pa，打开射频等离子体电源开始放电，放电功率为9kW，处理时间为30min，关闭等离子体电源和氢气后的腔体内气压维持在1.0×10-4Pa；
③在真空腔内通入氧气，至腔体气压上升至1.5×10-1Pa时，打开半导体激光器，激光波长为980nm，光纤耦合连续输出，激光光斑形状为圆形光束，调整激光器输出功率，样品表面温度迅速增加至430℃，加热处理时间为20min，处理结束后关闭激光器、关闭氧气，冷却1h后，既得氧化钨纳米棒，氧化钨纳米棒结构为W18O49，纳米棒的直径为25-35nm，长度为200-300nm。
上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法，其特征在于：包括下述步骤：
①采用氢等离子体对钨衬底进行预处理，射频放电功率为3-10kW，放电气压为5-30Pa，预处理时间为10-60min；
②将步骤①处理后的钨衬底在氧气中进行退火处理，退火处理采用激光器快速加热方法，所述激光器为半导体激光器，激光波长为980nm，光纤耦合连续输出，激光光斑形状为圆形光束，真空腔内退火气压为2.0×10-3-1.5×10-1Pa，在温度为380-520℃时退火5-240min，即可在钨衬底上生长出氧化钨纳米棒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氢等离子体为纯氢气、或氢气与氩气、氮气、氦气的任一种混合气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的钨衬底为含量不低于95wt％的纯钨材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所生成的氧化钨纳米棒结构为W18O49，纳米棒的直径为10-50nm，长度为20-500nm。
CN201910651664.7A 2019-07-18 2019-07-18 一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法 Active CN110295342B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910651664.7A CN110295342B (zh) 2019-07-18 2019-07-18 一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910651664.7A CN110295342B (zh) 2019-07-18 2019-07-18 一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110295342A CN110295342A (zh) 2019-10-01
CN110295342B true CN110295342B (zh) 2021-03-16

Family

ID=68031348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910651664.7A Active CN110295342B (zh) 2019-07-18 2019-07-18 一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110295342B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114229899A (zh) * 2022-01-04 2022-03-25 西安稀有金属材料研究院有限公司 一种棒状氧化钨及其等离子体辅助生长制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1696330A (zh) * 2005-03-22 2005-11-16 中山大学 物理气相沉积法直接生长成分单一的金属纳米线
CN101255544A (zh) * 2008-03-21 2008-09-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 纳米金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料的制备方法
CN101798117A (zh) * 2010-03-24 2010-08-11 桂林理工大学 一种高度有序三氧化钨纳米棒的制备方法
JP2010255067A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Central Glass Co Ltd ナノロッド薄膜
CN101906666A (zh) * 2010-03-17 2010-12-08 中南大学 一种微/纳米钨晶须/线/棒的制备方法
KR101335683B1 (ko) * 2011-10-06 2013-12-03 한국전기연구원 ２차원 나노소재에 의해 전도성이 향상된 １차원 전도성 나노소재기반 전도성 필름

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100060278A (ko) * 2008-11-27 2010-06-07 삼성전자주식회사 흡광 장치, 흡광 장치를 이용한 정착 유닛 및 화상 형성 장치
CN106978005A (zh) * 2017-03-03 2017-07-25 厦门纳诺泰克科技有限公司 一种含钨金属氧化物纳米颗粒及其制备方法
CN109950049A (zh) * 2019-04-09 2019-06-28 华南师范大学 碳纳米管纤维与氮氧化钨的复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1696330A (zh) * 2005-03-22 2005-11-16 中山大学 物理气相沉积法直接生长成分单一的金属纳米线
CN101255544A (zh) * 2008-03-21 2008-09-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 纳米金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料的制备方法
JP2010255067A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Central Glass Co Ltd ナノロッド薄膜
CN101906666A (zh) * 2010-03-17 2010-12-08 中南大学 一种微/纳米钨晶须/线/棒的制备方法
CN101798117A (zh) * 2010-03-24 2010-08-11 桂林理工大学 一种高度有序三氧化钨纳米棒的制备方法
KR101335683B1 (ko) * 2011-10-06 2013-12-03 한국전기연구원 ２차원 나노소재에 의해 전도성이 향상된 １차원 전도성 나노소재기반 전도성 필름

Also Published As

Publication number Publication date
CN110295342A (zh) 2019-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105668555B (zh) 一种制备三维石墨烯的方法
Guan et al. Influence of anneal temperature in air on surface morphology and photoluminescence of ZnO thin films
CN108083339A (zh) 一种制备单层二维过渡金属硫化物材料的方法
CN105821391B (zh) 一种垂直基底生长硒化钨纳米片薄膜材料的可控快速制备方法
CN111188021A (zh) 一种石墨烯生长基底的预处理方法
CN110295342B (zh) 一种等离子体预处理制备氧化钨纳米棒的方法
CN106219525B (zh) 一种膨胀石墨纸的制备方法
CN111635231B (zh) 一种多晶金刚石透明陶瓷的制备方法
CN106830081B (zh) 一种MoO2纳米棒的制备方法
CN107164728B (zh) 一种n离子掺杂二氧化铈薄膜的制备方法
CN106847667B (zh) 一种表面改性的氮化物半导体及其制备方法
CN104818452B (zh) 一种制备氮铝共掺杂p型氧化锌薄膜的方法
CN107827090B (zh) 一种六方氮化硼晶须的微波合成方法
CN106637391A (zh) 化学气相沉积法合成单晶石墨烯过程中降低晶核密度的方法
CN116219544B (zh) 一种基于激光干涉技术制备单晶硅薄膜的方法
EP2105406B1 (en) Method of synthesizing carbonized cellulose material having graphite nanolayer on the surface thereof
Dong et al. Few-layer graphene film fabricated by femtosecond pulse laser deposition without catalytic layers
CN113061871B (zh) 一种高质量快速大面积制备垂直石墨烯薄膜的方法
CN109943821B (zh) 立方尖晶石结构CuGa2O4薄膜的制备方法及相应的结构
CN108642517B (zh) 一种利用石楠木生长高密度边界二硫化钼纳米材料的方法
CN110453280B (zh) 一种高质量晶圆级石墨烯单晶的制备方法
CN115821378B (zh) 一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法
CN112875684A (zh) 一种由固态含碳基材制备垂直石墨烯的方法及垂直石墨烯
CN110952144B (zh) 一种基于机械加工方式制备纤锌矿型硅晶体的方法
CN117276560B (zh) 一种批量化处理液流电池用碳基电极的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant