一種CrO2納米晶陣列結構的水熱制備方法技術

本發明專利技術的一種CrO2納米晶陣列結構的水熱制備方法，屬于水熱合成納米材料的技術領域。技術方案是：先用陽極氧化法在Ti片表面制備出TiO2納米管陣列，然后超聲得到Ti/TiO2納米凹坑陣列基底；配置CrO3質量分數為0.44％～2.2％的水溶液放入反應釜中，將基底置入溶液里，通入高壓純氧，密封反應釜；以一定的升溫速度使釜內溶液溫度升至400℃，并保溫60min；待自然冷卻，即在基底上生長出CrO2納米晶陣列納米結構。本發明專利技術具有工藝簡單，操作容易，能較容易的進行工業化生產的特點，用這種方法制備的CrO2納米晶陣列純度較高，能應用于磁存儲領域。

A kind of CrO

A CrO of the present invention

【技術實現步驟摘要】
一種CrO2納米晶陣列結構的水熱制備方法
本專利技術屬于水熱合成納米材料的
涉及在具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底上生長CrO2納米晶陣列結構的高溫高壓水熱制備方法。
技術介紹
隨著近幾年的發展，自旋電子學材料已經成為凝聚態物理和材料物理的關注焦點之一，成為許多科學家的研究熱點。在基礎研究方面，鐵磁性半金屬材料是自旋電子學材料中最基本之一，而CrO2作為半金屬材料中的代表，因為其擁有較高的居里溫度(高達396K)，適于用在室溫條件下研究并應用到商業領域，因而成為極具開發潛力的、理想的自旋電子學材料之一。CrO2是一種重要的半金屬磁體，隨著自旋電子學領域和高密度磁記錄研究領域的深入發展，CrO2因為其優良的磁性和半金屬性，已經成為一個研究熱點。實驗證實CrO2在費米面附近具有接近100％的自旋極化率[參見Y.JiandA.Gupta,Phys.Rev.Lett.86,5585(2001)]。此外，磁性納米材料的研究也引起了大家的研究興趣。一方面原因是超高密度磁記錄要求記錄材料的單元尺寸降低到納米數量級，另一方面納米結構的磁學性能的有趣變化也吸引了很多科學家的進一步研究。因此，納米尺寸的半金屬磁體的性能研究是非常有前景的。CrO2在常溫常壓下具有亞穩態性質，因此使其在常溫常壓下的納米結構的制備成為一項艱巨的任務。之前為了制備某些形狀的CrO2納米結構，采用了工藝復雜的光刻及刻蝕方法，例如濕法刻蝕法、反應離子刻蝕法、聚焦離子束刻蝕法等等。在這些方法中，首先通過在基底上沉積獲得CrO2薄膜，然后再對CrO2薄膜進行刻蝕，制成小的納米結構，在這些刻蝕過程中不可避免的降低了CrO2的純度。另一種制備CrO2單元的方法是選擇性區域性生長技術[參見A.Gupta,X.W.Li,S.Guha,andG.Xiao,Appl.Phys.Lett.75,2996(1999)]。用這種方法雖然得到了純度較好的CrO2納米結構，但是由于這種方法的工藝較為復雜以及它的區域生長的局限性，使得得到樣品的效率低且成本高。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題提供一種新的制備CrO2納米結構的方法，利用高溫高壓水熱合成技術直接、簡單、有效率的在具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底上制備CrO2納米晶陣列結構。所述的Ti/TiO2基底，是在Ti片上形成一層TiO2的結構，即一層Ti一層TiO2的雙層結構。為解決上述的技術問題，本專利技術采取以下技術方案：一種CrO2納米晶陣列結構的水熱制備方法，有如下步驟：步驟一、利用陽極氧化法在Ti片表面制備TiO2納米管陣列，將表面生長了TiO2納米管陣列的Ti片放在去離子水中，超聲10～60min，移除表面的TiO2納米管，得到具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底；步驟二、以CrO3為原料配置水溶液，質量分數為0.44％～2.2％之間；將CrO3水溶液放入反應釜中，CrO3溶液占釜腔體積的40％～80％，將具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底放置在溶液里；然后通入高壓純氧，至釜內氧氣壓強為5～15MPa，密封反應釜；步驟三、加熱反應釜使釜內溶液溫度升至400℃，在400℃保溫1小時；步驟四、反應釜自然冷卻，取出基底，用去離子水清洗，自然晾干，即在具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底上長出CrO2納米晶陣列。步驟一中的陽極氧化法在Ti片表面制備TiO2納米管陣列可以參考中國專利申請CN101187043A。也可以按下述過程制備。首先分別用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗Ti片，然后配置NH4F和去離子水質量分數分別為1.0％和4.5％的乙二醇溶液作為電解液，分別用石墨和Ti片作為陰極和陽極，在30℃水浴下，直流穩壓電源電壓控制在30V，電化學反應時間為1h，即得到表面長有TiO2納米管陣列的Ti片。在步驟一中，所述的將表面生長了TiO2納米管陣列的Ti片放在去離子水中，是在Ti片表面制備TiO2納米管陣列完成之后0～60min內放在去離子水中超聲。在步驟二中，所述的CrO3溶液，CrO3為分析純物質，溶液中CrO3的質量分數為0.44％～2.2％之間。在步驟二中，通入高壓純氧是重要的，實驗證明，沒有氧氣通入在Ti/TiO2基底上是制備不出CrO2納米晶陣列的。所述的加熱反應釜，優選以3℃/min的升溫速率使釜內溶液溫度升至400℃。由于采用上述技術方案，本專利技術與現有技術相比，具有如下積極效果：一、在制備過程中不需要昂貴的原料和設備，成本低；二、本專利技術在高溫高壓水熱下直接合成，無需進行刻蝕等再次處理，從而避免了降低CrO2純度的過程；用這種方法制備的CrO2納米晶陣列純度較高，能應用于磁存儲等領域；三制備過程工藝簡單，易操作，即可用于實驗操作，又利于產業化推廣。附圖說明圖1為本專利技術中Ti/TiO2基底表面納米凹坑陣列的掃描電鏡圖。圖2為實施例1制得的在Ti/TiO2基底上生長的CrO2納米晶陣列的掃描電鏡圖。圖3為實施例2制得的在Ti/TiO2基底上生長的CrO2納米晶陣列的掃描電鏡圖。圖4為本專利技術實施例3制得的在Ti/TiO2基底上生長的CrO2納米晶陣列的掃描電鏡圖。圖5為實施例3制得的在Ti/TiO2基底上生長的CrO2納米晶陣列的磁滯回線圖。圖6為實施反例1制得的在Ti/TiO2基底上生長的CrO2的晶粒的掃描電鏡圖。具體實施方式以下結合附圖通過優選實施例對本專利技術作進一步的說明，但并不限制本專利技術請求保護的范圍。實施例1：第一步：模板準備，取3×4cm的Ti片分別用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗Ti片，清洗干凈后，利用陽極氧化法在Ti片表面制備TiO2納米管陣列。具體的過程是，首先分別用去離子水、無水乙醇、丙酮清洗Ti片，然后配置NH4F和去離子水質量分數分別為1.0％和4.5％的乙二醇溶液作為電解液，分別用石墨和Ti片作為陰極和陽極，在30℃水浴下，直流穩壓電源電壓控制在30V，電化學反應時間為1h，即在Ti片表面得到TiO2納米管陣列。然后立即放在去離子水中超聲30min，這里所說的“立即”可以是60分鐘之內；之后移除表面的TiO2納米管，得到的是TiO2納米凹坑陣列，制得具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底(參見圖1)。第二步：配置CrO3質量分數為0.44％的水溶液，溶解攪拌均勻后，取45ml置入高溫高壓水熱釜(反應釜的容積為100ml)中，將具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底浸入溶液里；將反應釜通入高壓純氧，密封反應釜。釜內氧氣壓強為15MPa。第三步：將反應釜放入電爐內，用電爐加熱，以3℃/min的速度升溫，使釜內溶液溫度升至400℃，并在400℃保溫60min。第四步：實驗結束后，關閉電爐，待反應釜自然冷卻至室溫，慢慢排氣，取出基底，用去離子水清洗，自然晾干。即得到在具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底上生長的CrO2納米晶陣列。其掃描電鏡圖如圖2所示，CrO2納米晶粒尺寸約48nm，晶粒間隙距離約40nm。實施例2：第一步：與實施例1中的第一步相同。第二步：配置CrO3質量分數為1.10％的水溶液，溶解攪拌均勻后，取45ml置入高溫高壓水熱釜中，將具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底浸入溶液里；將反應釜通入高壓純氧，密封反應釜，釜內氧氣壓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種CrO

【技術特征摘要】
1.一種CrO2納米晶陣列結構的水熱制備方法，有如下步驟：步驟一、利用陽極氧化法在Ti片表面制備TiO2納米管陣列，將表面生長了TiO2納米管陣列的Ti片放在去離子水中，超聲10～60min，移除表面的TiO2納米管，得到具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底；步驟二、以CrO3為原料配置水溶液，質量分數為0.44％～2.2％之間；將CrO3水溶液放入反應釜中，CrO3溶液占釜腔體積的40％～80％，將具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底放置在溶液里；然后通入高壓純氧，至釜內氧氣壓強為5～15MPa，密封反應釜；步驟三、加熱反應釜使釜內溶液溫度升至400℃，在400℃保溫1小時；步驟四、反應釜自然冷卻，取出基底，用去離子水清洗，自然晾干，即在具有納米凹坑陣列表面的Ti/TiO2基底上長出CrO2納米晶陣列。2.根據權利要求1所述的一種CrO2納米晶陣列結構...

【專利技術屬性】
技術研發人員：溫戈輝，王曉玲，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林,22