二氧化锡纳米线.ppt

纳米二氧化锡粉末
纳米二氧化锡粉末是由纳米级的二氧化锡颗粒组成的粉末材料。

由于其颗粒尺寸小于100纳米，具有较大的表面积和高比表面积，因此具有许多独特的性质和应用。

纳米二氧化锡粉末具有以下几个特点：
1. 高比表面积：由于粒径小，具有较大的表面积，可以增加物质表面与周围环境的接触面积，提高反应速率和效率。

2. 高活性：纳米二氧化锡粉末表面容易发生吸附和催化反应，具有高催化活性，可以用于气体传感器、催化剂等领域。

3. 尺寸效应：纳米颗粒尺寸处于量子尺寸范围内，具有特殊的光电学、力学和磁学特性，如量子限制效应和显著的量子尺寸效应。

4. 良好的分散性：由于颗粒尺寸小、表面活性高，纳米二氧化锡粉末在溶液中易于分散，可以制备成稳定的悬浮液，方便应用于涂料、陶瓷等领域。

纳米二氧化锡粉末的应用领域广泛，主要包括：
1. 传感器：纳米二氧化锡粉末具有很高的氧化还原反应活性和催化活性，广泛应用于气体传感器、光学传感器等领域。

2. 催化剂：纳米二氧化锡粉末作为催化剂可用于化学反应中，如甲醇、乙醇催化燃烧、有机合成、汽车尾气净化等。

3. 陶瓷材料：纳米二氧化锡粉末可用于制备高性能陶瓷材料，如氧化锡陶瓷、电子陶瓷等。

4. 防腐涂料：由于纳米二氧化锡粉末具有较高的光催化和抗菌性能，可应用于防腐涂料，以提高涂层的耐候性和抗菌性能。

总之，纳米二氧化锡粉末由于其特殊的性质和广泛的应用前景在材料科学、化学、电子学等领域受到广泛关注和研究。

71.2.4 微波溶剂热法制备SnO2纳米材料目前，能够成功制备纳米材料的方法已有许多种，人们也已经利用很多种方法成功的合成了形貌特殊、性能优越的SnO2纳米粉体。

然而这些合成方法各有优缺点，包括室温固相化学法[57]、溶胶-凝胶法[58]、沉淀法、溶剂热法等。

其中溶剂热合成[59,60]是应用最为广泛的一种方法，溶剂热法指在密闭的反应容器中，以溶剂（水、乙醇等）或者其他气流为介质，通过对反应体积加热，使体系产生高温高压的环境，反应物在此环境下离子活度增强，溶解度增大，发生溶解、重结晶，再经过分离和热处理就可以得到产物。

溶剂热法具有设备要求不高，操作简便，产物形貌和组分易控，化学组成和形貌均匀等优点，而且通过改变溶剂热反应环境（pH值、原料配比等）[61,27]，可以获得不同形貌和尺寸的SnO2，通常采用模板辅助来实现[62,48]。

水热法包括水热晶化法[63]、水热氧化法[64]、水热沉淀法[65]、水热合成法[66,67]、微波水热法[48]等。

但是传统溶剂热法的不足之处在于反应过程慢、比较耗时，而微波加热具有反应迅速的特点，能够克服溶剂热反应耗时的缺点。

微波加热能够实现分子水平的搅拌，均匀加热，温度梯度小，物质升温速度快，能量利用率高。

因此将微波法和溶剂热法相结合，则可以使反应迅速进行，而且操作简单，容易控制。

微波-溶剂热法[68,69]是把传统的溶剂热法与微波场结合起来，体现出微波的独特性和溶剂热法本身的优势：1）快速加热提高了反应初期的净速率；2）抑制反应容器的加热，从而减少了热梯度引起的不均一问题，使反应物在快速和剧烈加热过程中均匀反应；3）氧化物的表面被微波吸收的羟基组覆盖，从而改变了表面温度，产生局部过热[43]。

微波溶剂热法合成纳米材料具有合成时间短、加热均匀、能耗少、颗粒均匀而细小等优点，是一种高效的纳米材料制备方法。

因此本论文实验选择采用微波溶剂热法合成纳米SnO2粉体。

微波化学反应是合成纳米材料比较有效且迅速的方法，一方面因为其反应速率快、选择性好、产品转化率高；另一方面，越来越多的研究表明，将少量表面活性剂添加到反应溶液中，可以显著的影响纳米材料的形貌。

SnO2纳米线的制备及结构表征方香;李玉国;王宇;刘永峰【摘要】以SnO2粉末和碳粉的混合物为源,高纯氮气为载气,利用化学气相沉积法在1 000℃下,在溅有Au的单晶Si衬底上制备了SnO2纳米线.用SEM、XRD测试技术对样品进行了结构、形貌的表征,利用PL技术分析了样品的发光特性.由分析可知,样品均为四方金红石结构,退火时间对样品形貌具有一定的影响,但不影响其结构.所制备的SnO2纳米线结晶质量较高,其生长遵循VLS机制.【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2013(026)006【总页数】5页(P14-18)【关键词】化学气相沉积;SnO2纳米线;生长机制【作者】方香;李玉国;王宇;刘永峰【作者单位】山东师范大学物理与电子科学学院,山东济南250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东济南250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东济南250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东济南250014【正文语种】中文【中图分类】O484.5纳米材料又称超微颗粒材料，其尺寸一般在1～100 nm之间，处在原子簇和宏观物体的过渡区域。

此类材料具有许多奇异特性，即与大块固体相比，其光、热、磁、力以及化学方面的性质具有显著的不同。

在众多纳米材料中，SnO2是一种重要的宽禁带N型半导体材料(Eg=3.6 eV)，具有优异的电学和光学性能。

由SnO2制备的器件现已广泛应用于各种领域，如光电器件［1］、气敏元件［2］、透明导电电极［3］等。

现阶段人们已用热蒸发法［4］、分子束外延法［5］、机械球磨法［6］、溶胶－凝胶法［7］、水热/溶剂热法［8－9］、模板法［10］、溅射［11－12］和化学气相沉积等方法合成了大量的纳米薄膜和颗粒，对其性质也做了相应的研究。

其中化学气相沉积(CVD)是一种较常用的方法。

Ma等［13］通过CVD法制备了针状SnO2，PAN［14］等也用该法合成了SnO2纳米带。

SnO2纳米线表面形貌影响因素研究作者：杨焕银郭红力马拥军裴重华来源：《科技资讯》2012年第33期摘要：采用化学气相沉积法在经硝酸镍水溶液处理过的硅衬底上，通过控制生长条件，制备出了二氧化锡的几种纳米结构。

利用扫描电子显微镜（SEM）对样品的表面形貌进行了表征，并在此基础上对CVD过程中影响产物形貌的各因素进行了讨论分析，为实现SnO2纳米线的可控生长提供了工艺参数。

关键词：二氧化锡纳米线可控生长中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（c）-0080-02自从1991年Iijima首次发现碳纳米管[1]以来，立刻引起了众多研究人员对一维纳米材料的极大关注，相应地，关于纳米线的制备研究也已有大量报道[2～6]。

因而在经过20多年的发展之后，人们在纳米线的制备及结构、性能表征方面取得了很大的进展，可以通过各种物理、化学方法合成纳米线，甚至在控制纳米线尺寸、生长方向等方面做了很多工作[7～11]。

比如研究者利用模板孔径对纳米线直径进行控制生长，或采用化学气相沉积（CVD）方法，通过调控实验条件对纳米线的生长过程进行控制等[12～13]。

但是如何精确控制纳米线的形状、尺寸大小和生长方向等仍然是研究中的一个难题，而且由于一维纳米结构尺寸的特殊性，其形貌、结构、尺寸、生长方向等因素对其性能有直接的影响，因而，寻求合理的合成方法，实现对其形貌、尺寸、生长方向等的精确控制已成为科学研究中的重要课题。

众所周知，晶体的周期性结构决定了其生长具有各向异性，在不同的方向生长速率不同，这种差别与其本身结构组成和生长条件相关，最终晶体的生长形貌取决于以上因素的共同作用。

本文采用过程连续可控的CVD技术合成了SnO2纳米线，鉴于化学气相沉积法中影响纳米结构形貌的因素众多，本文采用单因素法考察了反应温度、载气流量、衬底位置等对产物形貌的影响。

1 实验条件选取n型（100）Si单晶片作为衬底，并用硝酸镍水溶液处理；然后，按摩尔比2∶1的比例称取SnO2和活性炭的混合粉末，将其放入研钵中细细研磨，之后放入陶瓷舟中，将陶瓷舟（含有源料）与处理过的衬底依次排列置于载物板上，然后放入高温管式炉，其中，陶瓷舟处于衬底的气流上方且置于热电偶中央加热区。

纳米烧蚀：催化剂是制备硅纳米线的必要条件之一，这个图是Fe作为催化剂，颗粒的成分是FeSi2，另外一个必要条件是需要足够高的温度，在铁作为催化剂时，温度不得低于1150-1200度。

在Fe-Si相图的富硅区存在共晶反应，反应温度为1207度，反应产物为FeSi2，在低于这个温度时，纳米线的生长是合理的，因为纳米颗粒的熔点要明显的低于相应大块固体的熔点。

硅纳米线的生长可分为两个阶段：FeSi2液滴的成核和长大，以及基于VLS 机制的硅纳米线的生长。

在高温下, 原料中的硅和铁原子被蒸发出来, 它们与载气中的氩原子碰撞而损失热运动能量, 使铁、硅蒸汽迅速冷却成为过冷气体, 促使液滴(FeSi2)自发成核.由于过冷度很大, FeSi2的临界核尺度可达纳米量级。

FeSi2核(液滴)形成后可借助两种机制长大, 一种是核从气相中吸收硅、铁原子而长大,另一种是核之间的碰撞聚合, 后者引起的核长大速率远大于前者。

VCL生长机制：当载气将在B形成的FeSi2 液滴带入区域C时(见图3 , 区域Ⅱ的温度≥FeSi2 液滴的凝固温度T2), 由于区域C中硅原子浓度相对较高,FeSi2 液滴吸收的过量硅原子(过饱和状态)将从液滴中析出, 形成硅纳米线, 这就是所谓的VLS 生长机制.在区域C中FeSi2保持液态, 上述过程不断发生, 维持硅纳米线不断生长.当载气将硅纳米线和与之相连的FeSi2 液滴带出区域D 后, 由于区域D的温度低于液滴的凝固温度, 液滴将凝固成FeSi2颗粒, 于是硅纳米线停止生长。

根据VLS 生长机制, 硅纳米线直径取决于FeSi2 颗粒的尺寸.用上述模型可以很好地解释我们可以解释一下压强与纳米线直径的关系，当压强低时, 区域B中的FeSi2 核(液态)数量少, 核间碰撞几率小, 核长大主要靠吸收气相中的硅、铁原子，FeSi2 液滴尺寸愈小, 且液滴尺寸分布均匀。

因此, 所生成的硅纳米线直径小且分布均匀；当压强高时, FeSi2 核除通过吸收气相中的Si , Fe 原子长大外, 还可通过核间碰撞聚合而长大, 所生长的硅纳米线直径大且分布不均匀，可能出现在同一液滴(尺寸较大)上沿两个不同方向生长硅纳米线。