CN101746712B - 在硅片上复合vo2片状和多孔纳米结构的相变材料及其制备方法 - Google Patents

在硅片上复合vo2片状和多孔纳米结构的相变材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在硅片上复合两种VO2纳米结构(片状和多孔状)的相变材料及其制备方法，其材料包括衬底，该衬底采用硅片，其衬底表面生长有VO2晶体；所述的VO2晶体沿垂直于硅衬底方向生长并呈单斜晶系结构；制备方法采用草酸水溶液加入五氧化二钒粉末置于高压釜中反应，得到VO2片状和多孔状纳米结构。本发明具有成本低，生长条件简单，重复性高等优点，且生成的VO2晶体具有特殊的纳米结构，能降低相变温度；且本发明采用硅片作为衬底，将VO2片状和多孔状纳米结构生长在硅衬底上，可结合目前成熟的半导体硅集成电路工艺，适合于集成纳米光电子器件。

Description

在硅片上复合VO2片状和多孔纳米结构的相变材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及相变型材料、光电子材料与器件技术领域，具体地说是一种在硅衬底上生长两种VO2纳米结构(片状和多孔状)的相变型材料及其制备方法。
背景技术
VO2是一种热致相变型材料，对块体VO2来说，当温度低于68℃时，VO2处于半导体态，为单斜晶系结构；当温度高于68℃时，VO2转变为金属态，具有四方金红石结构，而且相变非常迅速。伴随着晶系结构的变化，电阻率、磁化率、光透射率和反射率都产生突变。这些性质使得VO2成为一种有广泛应用前景的光电转换材料、光存储、激光保护和智能窗材料。
近来，人们利用各种方法(溶液法，分子束外延，脉冲激光沉积，金属有机物化学气相沉积等)制备出了各种不同的一维VO2纳米结构，例如纳米线，纳米带，纳米管，纳米棒等，并对这些纳米结构的光电特性进行了研究。但是能应用于大规模生产的方法很少，且反应条件苛刻，生产成本高昂。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种在硅衬底上复合两种VO2纳米结构(片状和多孔状)的相变材料，该材料能降低相变温度(68℃)，适合于集成纳米光电子器件的应用。
本发明的第二个目的在于提供上述材料的制备方法，以解决现有VO2纳米材料制备方法条件苛刻，成本高的问题，提供一种低成本，高重复性，适用于大规模工业生产的新方法。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
一种在硅片上复合两种VO2纳米结构(片状和多孔状)的相变材料，包括衬底，其特点在于该衬底采用硅片，该衬底表面生长有VO2晶体；所述的VO2晶体沿垂直于衬底方向生长。
上述的VO2晶体处于半导体态，为单斜晶系结构。
制备上述相变材料的方法包括以下具体步骤：
a、配置反应溶液
将1.6～2.0g草酸晶体溶于100ml去离子水中，再加入1.5g～1.8g五氧化二钒粉末，搅拌至完全溶解；
b、在硅片上生长VO2片状和多孔纳米结构
先将清洗干净的硅片放入高压釜中，再将上述的溶液倒入高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在160～180℃温度下保持反应24～36小时，自然降温后，即制得在硅片上复合VO2片状和多孔纳米结构的相变材料。
所述反应是在密封的高压釜中进行的。
本发明与现有技术相比，具有成本低，生长条件简单，重复性高等优点，且生成的VO2晶体具有特殊的结构(片状和多孔状)，可以降低相变温度(68℃)。且本发明采用硅片作为衬底，将VO2片状和多孔状纳米结构生长在硅衬底上，可结合目前成熟的半导体硅集成电路工艺，适合于集成纳米光电子器件。
附图说明
图1为本发明相变材料的X射线衍射图
图2为本发明实施例1所得相变材料的SEM图
图3为本发明实施例2所得相变材料的SEM图
具体实施方式
实施例1
a、配置反应溶液
将1.9g草酸晶体溶于100ml去离子水中，再加入1.5g五氧化二钒粉末，搅拌至完全溶解。
b、在硅片上生长VO2片状纳米结构
先将清洗干净的硅(100)片放入高压釜中，再将上述的溶液倒入高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在160℃温度下保持反应24小时，自然降温后即可制得所需材料。
实施例2
a、配置反应溶液
将1.6g草酸晶体溶于100ml去离子水中，再加入1.8g五氧化二钒粉末，搅拌至完全溶解。
b、在硅片上生长VO2多孔状纳米结构
先将清洗干净的硅(111)片放入高压釜中，再将上述的溶液倒入高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在180℃温度下保持反应36小时，自然降温后即可制得所需材料。

Claims (3)

1.一种在硅片上复合VO2片状和多孔纳米结构的相变材料，包括衬底，其特征在于该衬底采用硅片，其表面生长有VO2晶体；所述VO2晶体沿垂直于衬底方向生长。
2.根据权利要求1所述的相变材料，其特征在于所述VO2晶体处于半导体态，为单斜晶系结构。
3.一种权利要求1所述相变材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：
a、配置反应溶液
将1.6～2.0g草酸晶体溶于100ml去离子水中，再加入1.5g～1.8g五氧化二钒粉末，搅拌至完全溶解；
b、在硅片上生长VO2片状和多孔纳米结构
先将清洗干净的硅片放入高压釜中，再将上述的溶液倒入高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在160～180℃温度下保持反应24～36小时，自然降温后，即制得在硅片上复合VO2片状和多孔纳米结构的相变材料。
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