CN101550591A - 单分散的c70纳米单晶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的单分散的C70纳米单晶材料及其制备方法属于单晶材料制备的技术领域。C70纳米单晶材料形状是颗粒状、棒状或管状C70纳米单晶，具有面心立方结构。选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用不同种类的直链饱和一元醇作为形状调节剂。制备过程是将母液与形状调节剂混合超声震荡，再静置，取沉淀物滴到基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，得到C70纳米晶体；再10－5Pa压强下加热去除溶剂得到产品。本发明能制备出颗粒状、棒状或尺寸和形貌规则的管状的C70纳米单晶材料；产物的形状可以精确控制；方法操作简单；产物为纳米器件的应用提供有效的途径，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于单晶材料制备的技术领域，特别涉及不同形状的C70纳米单晶的制备方法。
背景技术
C70是由Kroto(Nature，Vol.318，162，1985)等科学家在1985年首先研究发现的，之后被Kratschmer等科学家(Nature，Vol.347，354，1990)改进并大量生产。C70是半导体材料，禁带宽度为1.8eV，C70具有优异的光物理、光导以及电导性质。C70纳米材料在纳米器件方面存在着巨大的潜在的应用价值，这导致制备不同形状的C70晶体，特别是C70单晶成为研究的热点和努力的目标。
目前有关C70纳米单晶的制备方法还很少有人报道，早期的方法是利用模板的方法，将氧化铝模板进入到C70溶液中，经过加热和去除模板等处理过程制备C70纳米线，但是这种方法得不到高纯度和结晶度的样品(Chem.Commun.，541，2001)。现有的报道中采用液液界面法(J.Mater.Res.，Vol.20，32005)，由异丙醇和C70的吡啶饱和溶液形成的界面，静置7天，得到缠绕在一起的直径尺寸大小各异的管状C70纤维，得不到高结晶度的C70纳米单晶，样品具有很大的无序性，不能很好地控制到较小的尺寸范围，而且缠绕在一起，这对其是否能进行应用或供进一步研究造成了困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，制备分散性好、不同形状的C70纳米单晶，通过改变直链饱和一元醇的种类制备出棒状、管状及颗粒状的C70纳米单晶。
本发明的单分散的C70纳米单晶材料，是具有面心立方结构的C70纳米单晶，材料的形状是颗粒状C70纳米单晶、棒状C70纳米单晶或管状C70纳米单晶。
上述的颗粒状C70纳米单晶粒径在200～600nm；棒状C70纳米单晶的长度在0.6～200μm，直径在200～2000nm；管状C70纳米单晶的内径在100～200nm，外径在400～500nm，长径比在10～20范围。
本发明的制备颗粒状、棒状及管状C70纳米单晶材料，是以C70粉为原料；以间二甲苯(m-xylene)为溶剂；以甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇或异戊醇为形状调节剂；在硅片或玻璃片等材料基片上制得C70纳米单晶。
制备棒状、管状及颗粒状C70纳米单晶材料的过程如下：
1.将过量的C70粉放入m-xylene中并超声，然后将溶液静置，待过量的C70完全沉淀后，移出上层的饱和C70的m-xylene溶液。
2.用移液管将配置好的饱和C70的m-xylene溶液与形状调节剂以1∶8～10的体积比同时加入到玻璃反应皿中，超声震荡30～60秒，在室温下静置2～10小时。
3.用胶头滴管将反应皿中下层的沉淀吸出，滴到洁净的硅片或者玻璃片等基片上，待溶剂和形状调节剂自然挥发后可以得到预计形状的C70纳米晶体。
4.将从母液中得到的C70纳米晶体在10-5Pa压强下，120℃～150℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的C70纳米单晶。
在制备C70纳米单晶时，可以选择不同种类的直链饱和一元醇来调节晶体的形状。选用的醇由碳原子数由小到大分别为：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、异戊醇。C70纳米晶体的形状主要取决于直链饱和一元醇中连接到羟基上的最长碳链所含碳原子的个数：醇分子中连接到羟基上的最长碳链所含的碳原子数对晶体的形状起重要的作用，当连接到羟基上的最长碳链所含的碳原子数为2～3时，容易形成一维的C70纳米晶体，当碳原子数大于3或者小于2时C70晶体将以颗粒状产生。
需要制备颗粒状C70纳米单晶，选用甲醇、正丁醇、正戊醇和异戊醇等与羟基相连最长的碳链含有一个或多于三个碳原子的醇作为形状调节剂。
需要制备一维棒状的C70纳米单晶，选用异丁醇、仲丁醇和叔丁醇等与羟基相连最长的碳链含有3个碳原子的醇。
需要制备尺寸规则的一维管状C70纳米晶体，所用的醇为异丙醇这种与羟基相连最长的碳链含有2个碳原子，并含有一个支链的醇。
当所用的醇为乙醇这种碳链上只含有两个碳原子的醇时，得到的为颗粒状与一维短棒状相混合的晶体。
本发明的制备颗粒状C70纳米单晶材料的方法，以C70粉为原料；以间二甲苯为溶剂；以甲醇、正丁醇、正戊醇或异戊醇为形状调节剂；经制备母液、制备C70纳米晶体和后处理的过程，制得C70纳米单晶材料；所说的制备母液过程，是将过量的C70粉放入溶剂中并超声震荡，然后将溶液静置，待过量的C70粉完全沉淀后，移出上层的饱和的C70间二甲苯溶液即为母液；所说的制备C70纳米晶体过程，是将母液与形状调节剂以1∶8～10的体积比混合超声震荡30～60秒，再静置2～10小时；用胶头滴管将下层的沉淀吸出，滴到硅片或者玻璃片上，使溶剂和形状调节剂自然挥发，得到颗粒状的C70纳米晶体；所说的后处理过程，是将颗粒状的C70纳米晶体在10-5Pa压强、120～150℃的温度下去除溶剂，得到具有面心立方结构的颗粒状C70纳米单晶。
本发明的制备一维棒状C70纳米单晶材料的方法，以C70粉为原料；以间二甲苯为溶剂；以乙醇、正丙醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇为形状调节剂；经制备母液、制备C70纳米晶体和后处理的过程，制得C70纳米单晶材料；所说的制备母液过程，是将过量的C70粉放入溶剂中并超声震荡，然后将溶液静置，待过量的C70粉完全沉淀后，移出上层的饱和的C70间二甲苯溶液即为母液；所说的制备C70纳米晶体过程，是将母液与形状调节剂以1∶8～10的体积比混合超声震荡30～60秒，再静置2～5小时；用胶头滴管将下层的沉淀吸出，滴到硅片或者玻璃片上，使溶剂和形状调节剂自然挥发，得到棒状的C70纳米晶体；所说的后处理过程，是将棒状的C70纳米晶体在10-5Pa压强、120～150℃的温度下去除溶剂，得到具有面心立方结构的棒状C70纳米单晶。
本发明的制备一维纳米管状C70纳米单晶材料的方法，以C70粉为原料；以间二甲苯为溶剂；以异丙醇为形状调节剂；经制备母液、制备C70纳米晶体和后处理的过程，制得C70纳米单晶材料；所说的制备母液过程，是将过量的C70粉放入溶剂中并超声震荡，然后将溶液静置，待过量的C70粉完全沉淀后，移出上层的饱和的C70间二甲苯溶液即为母液；所说的制备C70纳米晶体过程，是将母液与形状调节剂以1∶8～10的体积比混合超声震荡30～60秒，再静置2～10小时；用胶头滴管将下层的沉淀吸出，滴到硅片或者玻璃片上，使溶剂和形状调节剂自然挥发，得到管状的C70纳米晶体；所说的后处理过程，是将管状的C70纳米晶体在10-5Pa压强、120～150℃的温度下去除溶剂，得到具有面心立方结构的管状C70纳米单晶。
制备管状C70纳米单晶材料的工艺过程和工艺条件与制备颗粒状或棒状C70纳米单晶材料是相同的，只是使用的形状调节剂不同。
跟背景技术相比，本发明的方法制备工艺和制备的产物具有很多突出的优点，主要表现为：能制备出颗粒状、棒状或管状的C70纳米单晶材料；产物的形状可以精确控制，通过选择不同链长的直链饱和一元醇可以调节得到需要的形状的C70纳米单晶；本发明可以得到尺寸和形貌规则的C70纳米管，得到了有效制备各种形状C70纳米单晶的重要规则，对纳米器件的应用提供有效的途径。本方法操作很简单，产物却十分具有应用前景。
附图说明
图1是以甲醇作为形状调节剂得到的颗粒状C70纳米晶体的透射电镜照片。
图2是以异丁醇作为形状调节剂得到的一维棒状C70纳米晶体的透射电子显微镜照片。
图3是以异丙醇作为形状调节剂得到的一维管状C70纳米晶体的扫描电子显微镜照片。
图4是真空去溶剂后得到的一维C70纳米单晶的X光衍射谱图。
具体实施方式
实施例1给出一个具体制备颗粒状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用甲醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与甲醇以1∶8体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡30秒，于室温下静置2小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为200～300nm的颗粒状C70纳米晶体。在10-5Pa压强下，120℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的C70纳米颗粒单晶，形状和大小保持不变。
实施例2给出一个具体制备颗粒状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用正丁醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与正丁醇以1∶10体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡60秒，于室温下静置5小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为400～600nm的颗粒状C70纳米晶体。在10-5Pa压强下，150℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的颗粒状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
实施例3给出一个具体制备颗粒状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用正戊醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与正戊醇以1∶10体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡30秒，于室温下静置10小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为400～600nm的颗粒状C70纳米晶体。在10-5Pa压强下，140℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的颗粒状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
实施例4给出一个具体制备颗粒状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用异戊醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与异戊醇以1∶10体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡30秒，于室温下静置10小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为400～600nm的颗粒状C70纳米晶体。在10-5Pa压强下，140℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的颗粒状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
实施例5给出一个具体制备颗粒状和短棒状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用乙醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与乙醇以1∶8体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡30秒，于室温下静置2小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为300～500nm的颗粒状和直径大小为200～300nm，长度为600～800nm，相互分散的短棒状C70纳米晶体的混合物。在10-5Pa压强下，120℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的棒状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
实施例6给出一个具体制备棒状C70纳米单晶的实例
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用正丙醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与正丙醇以1∶8体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡40秒，于室温下静置5小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为200～800nm，长度为7～15μm，相互分散的棒状C70纳米晶体。在10-5Pa压强下，150℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的棒状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
实施例7给出一个具体制备棒状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用异丁醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与异丁醇以1∶10体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡40秒，于室温下静置5小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为200～800nm，长度为5～20μm，相互分散的棒状C70纳米晶体。在10-5Pa压强下，150℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的棒状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
实施例8给出一个具体制备棒状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用仲丁醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与仲丁醇以1∶8体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡30秒，于室温下静置5小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为1～2μm，长度为50～200μm，相互分散的棒状C70晶体。在10-5Pa压强下，150℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的棒状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
实施例9给出一个具体制备棒状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用叔丁醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与叔丁醇以1∶8体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡60秒，于室温下静置5小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到直径大小为400～800nm，长度为5～20μm，相互分散的棒状C70纳米晶体。在10-5Pa压强下，150℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的棒状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
实施例10给出一个具体制备形状和尺寸规则的管状C70纳米单晶的实例。
选用饱和的C70间二甲苯溶液作为母液，选用异丙醇作为形状调节剂。将C70间二甲苯饱和溶液与异丙醇以1∶10体积比相互混合加到玻璃称量瓶中，超声震荡30秒，于室温下静置10小时。用胶头滴管将容器底部的沉淀物吸出，滴到硅片或者玻璃片等基片上，室温下自然挥发掉溶剂和形状调节剂，便在基片上得到外径大小为400～500nm，内径为100～200nm，相互分散的C70纳米管晶体，长径比可以控制到10～20范围之内。在10-5Pa压强下，180℃的温度下，加热去除溶剂得到具有面心立方结构的管状C70纳米单晶，形状和大小保持不变。
Claims (5)
1.一种单分散的C70纳米单晶材料，其特征是，具有面心立方结构的C70纳米单晶，材料的形状是颗粒状C70纳米单晶、棒状C70纳米单晶或管状C70纳米单晶。
2.按照权利要求1所述的单分散的C70纳米单晶材料，其特征是，颗粒状C70纳米单晶粒径在200～600nm；棒状C70纳米单晶的长度在0.6～200μm，直径在200～2000nm；管状C70纳米单晶的内径在100～200nm，外径在400～500nm，长径比在10～20范围。
3.一种权利要求1的颗粒状C70纳米单晶材料的制备方法，以C70粉为原料；以间二甲苯为溶剂；以甲醇、乙醇、正丁醇、正戊醇或异戊醇为形状调节剂；经制备母液、制备C70纳米晶体和后处理的过程，制得C70纳米单晶材料；所说的制备母液过程，是将过量的C70粉放入溶剂中并超声震荡，然后将溶液静置，待过量的C70粉完全沉淀后，移出上层的饱和的C70间二甲苯溶液即为母液；所说的制备C70纳米晶体过程，是将母液与形状调节剂以1∶8～10的体积比混合超声震荡30～60秒，再静置2～10小时；用胶头滴管将下层的沉淀吸出，滴到硅片或者玻璃片上，使溶剂和形状调节剂自然挥发，得到颗粒状的C70纳米晶体；所说的后处理过程，是将颗粒状的C70纳米晶体在10-5Pa压强、120～150℃的温度下去除溶剂，得到具有面心立方结构的颗粒状C70纳米单晶。
4.一种权利要求1的棒状C70纳米单晶材料的制备方法，以C70粉为原料；以间二甲苯为溶剂；以乙醇、正丙醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇为形状调节剂；经制备母液、制备C70纳米晶体和后处理的过程，制得C70纳米单晶材料；所说的制备母液过程，是将过量的C70粉放入溶剂中并超声震荡，然后将溶液静置，待过量的C70粉完全沉淀后，移出上层的饱和的C70间二甲苯溶液即为母液；所说的制备C70纳米晶体过程，是将母液与形状调节剂以1∶8～10的体积比混合超声震荡30～60秒，再静置2～5小时；用胶头滴管将下层的沉淀吸出，滴到硅片或者玻璃片上，使溶剂和形状调节剂自然挥发，得到棒状的C70纳米晶体；所说的后处理过程，是将棒状的C70纳米晶体在10-5Pa压强、120～150℃的温度下去除溶剂，得到具有面心立方结构的棒状C70纳米单晶。
5.一种权利要求1的管状C70纳米单晶材料的制备方法，以C70粉为原料；以间二甲苯为溶剂；以异丙醇为形状调节剂；经制备母液、制备C70纳米晶体和后处理的过程，制得C70纳米单晶材料；所说的制备母液过程，是将过量的C70粉放入溶剂中并超声震荡，然后将溶液静置，待过量的C70粉完全沉淀后，移出上层的饱和的C70间二甲苯溶液即为母液；所说的制备C70纳米晶体过程，是将母液与形状调节剂以1∶8～10的体积比混合超声震荡30～60秒，再静置2～10小时；用胶头滴管将下层的沉淀吸出，滴到硅片或者玻璃片上，使溶剂和形状调节剂自然挥发，得到管状的C70纳米晶体；所说的后处理过程，是将管状的C70纳米晶体在10-5Pa压强、120～150℃的温度下去除溶剂，得到具有面心立方结构的管状C70纳米单晶。
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