CN107267927A - 一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法 - Google Patents

一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107267927A
CN107267927A CN201710444800.6A CN201710444800A CN107267927A CN 107267927 A CN107267927 A CN 107267927A CN 201710444800 A CN201710444800 A CN 201710444800A CN 107267927 A CN107267927 A CN 107267927A
Authority
CN
China
Prior art keywords
annealing
film
carbon
preparation
nickel rods
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.)
Pending
Application number
CN201710444800.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李惠
徐卓器
巫志城
许宁
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.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan 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 Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN201710444800.6A priority Critical patent/CN107267927A/zh
Publication of CN107267927A publication Critical patent/CN107267927A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment

Abstract

本发明属薄膜制备技术领域，具体为一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法。本发明采用脉冲激光沉积方法在石英衬底上沉积一层Ni/C双层膜，然后通过热退火工艺在管式退火炉中进行后处理得到碳镍纳米棒薄膜材料。利用脉冲激光沉积方法在石英衬底上制备得到致密的Ni/C双层膜，热退火可以实现纳米棒材料的生长成型。合成的碳镍纳米棒薄膜的主要成分为NiCx，顶端伴随一定Ni含量的纳米颗粒。本发明制备成碳镍纳米棒薄膜具有良好的导电性能，具有可见光区高透过率的结构，可以在太阳能电池领域加以应用，成为一种新型透明电极材料。

Description

一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法
技术领域
本发明属薄膜制备技术领域，具体涉及一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法。
背景技术
本发明的碳镍纳米棒薄膜是由碳镍化合物（NiCx）纳米棒构成。NiCx是一种过渡金属碳化物，这类化合物具有良好的机械性能、抗化学腐蚀和抗氧化性、热学和电子传导特性，其中大多数性质得到了第一性原理的验证，其应用涵盖磁性传感器、磁存储器和电解水等领域。关于NiCx的记载最早见于1988年Zhao YZ课题组的研究，他们利用化学气相沉积方法制备了NiCx的无规则丝状结构；之后的2012年Lin WH课题组在制备碳纳米管过程中发现C原子会向金属Ni晶体中扩散，最终可形成NiCx结构；2016年Yang HD课题组利用电沉积方法在覆盖有Ni的铜片上实现了NiCx纳米薄片的生长，并将其应用于电解水，得到了较高的电解水效率和稳定性。另外还有文献指出碳镍材料具有大小约0.8 emu/g（磁荷/克）的铁磁性，可用于生物医学做传感器。碳镍材料具有如此有价值的电学、磁学等方面的性质，但是目前尚无直接用物理方法合成的文献报道。脉冲激光沉积技术是近年来发展起来的薄膜制备技术，具有沉积速率快、沉积薄膜成分可控、参数易于调节等优点，通过该方法烧蚀产生的等离子体可在衬底上沉积得到与靶材料成分一致的薄膜；而热退火工艺是合金制备和器件成型中常用的处理手段，有利于薄膜材料结晶成型，减少缺陷，可以导致某些特殊结构的形成和特殊材料的生长。
发明内容
本发明的目的在于将脉冲激光沉积和热退火相结合，提供一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法。
本发明采用脉冲激光沉积方法在石英衬底上沉积一层Ni/C双层膜，随后通过热退火工艺在管式退火炉中进行后处理得到碳镍纳米棒薄膜材料。利用脉冲激光沉积方法在石英衬底上制备得到致密的Ni/C双层膜，热退火可以实现纳米棒材料的生长成型。合成的碳镍纳米棒薄膜材料由底部直径20-50纳米，长度约80--150纳米的棒状纳米结构构成，主要成分为NiCx，顶端伴随一定Ni含量的纳米颗粒。
本发明首先提供一种可应用于透明电极的碳镍纳米棒薄膜，其主要成分为NiCx；所述碳镍纳米棒指的是过渡金属Ni的碳化物NiCx的棒状一维纳米结构。
所述的碳镍纳米棒底部直径为20-50纳米，长度为80--150纳米，典型的为100纳米；
本发明还提供上述碳镍纳米棒薄膜的制备方法，具体步骤为：
1、首先，在真空度为2´10-3 Pa的真空腔中，在清洗过的光滑石英衬底表面沉积一层10-30纳米厚度的金属Ni作为催化层和前驱物，沉积时间约4-6分钟；沉积过程采用脉冲激光沉积方法；
2、其次，利用同样的方法在沉积有Ni的石英衬底上继续沉积石墨粉末，沉积时间约4-6分钟；
3、再次，将沉积有Ni和石墨粉末的石英衬底移入管式退火炉中进行高温退火，退火时间为5-60分钟，退火温度为1100-1250摄氏度；
其中，所述热退火过程的退火气氛优选为氮气；退火时间优选为40-60分钟，退火温度优选为1150-1200摄氏度，退火气压为1个标准大气压，退火气体流量为0.8-1.2升/分钟，优选退火气体流量为1升/分钟；
4、最后，将管式退火炉自然冷却，待温度降为室温时取出样品，得到NiCx纳米棒薄膜。
本发明将脉冲激光沉积技术和热退火工艺相结合，制备的碳镍纳米棒薄膜主要成分为镍和石墨，故具有良好的导电性能，并具有可见光区高透过率的结构，可以在太阳能电池领域加以应用，成为一种新型透明电极材料。
附图说明
图1为本发明具体实施装置结构示意图。其中，（a）为脉冲激光沉积装置图示，（b）为退火装置图示。
图2为本发明碳镍纳米棒薄膜表面形貌扫描电镜照片。其中，镍-碳层约20 纳米,退火气氛-氮气，退火温度-1200摄氏度，退火时间-60分钟。从图中可以看出利用该发明所述方法可以得到均匀分布的碳镍纳米棒，其直径约几十个纳米，长度为几百纳米。
图3为透射电镜和选区电子衍射图。其中，镍-碳层约20 纳米, 退火气氛-氮气，退火温度-1200摄氏度，退火时间-60分钟。从透射电镜图可以看出碳镍纳米棒直径20纳米，长度200纳米左右，为棒状结构。
图4 为本发明的碳镍纳米棒薄膜样品的可见光透射光谱。其中，镍-碳层约20 纳米, 退火气氛-氮气，退火温度-1200摄氏度，退火时间-60分钟。该图所示为退火前后薄膜样品的可见光波段透射谱，其中虚线和实线分别代表退火前的碳镍双层薄膜和退火后的碳镍纳米棒薄膜的透射谱，可以看出碳镍纳米棒薄膜可见光区透光性可达95 %以上，是一种透光性较好的薄膜材料。
图中标号：1-聚焦透镜；2-激光光束；3-靶材；4-衬底；5-激光烧蚀产生的等离子体；6-旁抽阀；7-插板阀；8-电磁阀；9-分子泵；10-机械泵； 11-样品；12-石英管；13-加热碳棒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
一种碳镍纳米棒薄膜及其制备方法，具步骤为：
1. 首先，在真空度约2´10-3 Pa的真空腔中，在清洗过的光滑石英衬底表面沉积一层5分钟（10-30纳米）的金属Ni作为催化层和前驱物，沉积过程采用脉冲激光沉积方法；
2. 其次，利用同样的方法在沉积有Ni的石英衬底上继续沉积5分钟的石墨粉末；
3. 再次，将沉积有Ni和石墨粉末的石英衬底移入管式退火炉中进行高温退火，退火时间为5-60分钟，退火温度为1100-1250摄氏度；
其中，所述热退火过程的退火气氛优选为氮气，退火时间优选为40-60分钟，退火温度优选为1200摄氏度，退火气压为1个标准大气压，退火气体流量为1升/分钟；
4. 最后，将管式退火炉自然冷却，待温度降为室温时取出样品，得到NiCx纳米棒薄膜。
具体实施方式中采用的脉冲激光沉积系统和热退火装置参见图1（a）和（b）所示，脉冲激光沉积系统由聚焦透镜1、激光光束2、靶材3、衬底4、激光烧蚀产生的等离子体5以及由旁抽阀6、插板阀7、电磁阀8、分子泵9和机械泵10构成的抽真空装置组成，退火装置由样品11、石英管12和加热碳棒13组成。其中抽真空装置可使沉积系统的真空度达到10-3帕斯卡量级，分子泵9需要在冷却水作用下运行，激光光束2需经过聚焦透镜1进行聚焦才可使靶材3在高温下产生等离子体5，等离子体可在真空腔中在衬底4处沉积形成薄膜；热退火装置通以氮气作为保护气体，样品11置于石英管12中，通过加热碳棒13将退火装置温度升高到所需温度。
首先，在真空环境中，在经过清洗的石英衬底4上利用图1（a）所示的脉冲激光沉积装置沉积一层镍/碳双层膜，此时衬底4不进行加热，薄膜厚度约20纳米。镍的沉积有两个作用，一是催化碳镍纳米棒的生长，二为碳镍纳米棒生长的前驱物，选用脉冲激光沉积可得到一层致密的薄膜，为纳米棒的生长提供材料。
将石英衬底上沉积好镍/碳双层膜的样品置于图1（b）所示的热退火装置中，在氮气的保护下对样品进行热退火处理，退火温度优选为1200摄氏度，退火时间优选为60分钟，至此可得碳镍纳米棒薄膜材料，该材料在400-800纳米的可见光区具有90%以上的透过率。
参见图2所示为本发明碳镍纳米棒薄膜表面形貌扫描电镜图，图3为透射电镜和选区电子衍射图，图4为本发明的可见光波段透射光谱。上述图中，镍-碳层约20 纳米, 退火气氛-氮气，退火温度-1200摄氏度，退火时间-60分钟。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法，所述碳镍纳米棒指的是过渡金属Ni的碳化物NiCx的棒状一维纳米结构，其特征在于制备的具体步骤为：
（1）首先，在真空度为2´10-3 Pa的真空腔中，在清洗过的光滑石英衬底表面沉积一层10-30纳米厚度的金属Ni作为催化层和前驱物；沉积过程采用脉冲激光沉积方法；
（2）其次，利用同样的方法在沉积有Ni的石英衬底上继续沉积石墨粉末，沉积时间4-6分钟；
（3）再次，将沉积有Ni和石墨粉末的石英衬底移入管式退火炉中进行高温退火，退火时间为5-60分钟，退火温度为1100-1250摄氏度；
（4）最后，将管式退火炉自然冷却，待温度降为室温时取出样品，得到NiCx纳米棒薄膜。
2.根据权利要求1所述的碳镍纳米棒薄膜的制备方法，其特征在于，所述热退火过程的退火气氛为氮气；退火时间为40-60分钟，退火温度为1150-1200摄氏度，退火气压为1个标准大气压，退火气体流量为0.8-1.2升/分钟。
CN201710444800.6A 2017-06-14 2017-06-14 一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法 Pending CN107267927A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710444800.6A CN107267927A (zh) 2017-06-14 2017-06-14 一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710444800.6A CN107267927A (zh) 2017-06-14 2017-06-14 一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107267927A true CN107267927A (zh) 2017-10-20

Family

ID=60066707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710444800.6A Pending CN107267927A (zh) 2017-06-14 2017-06-14 一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107267927A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108893781A (zh) * 2018-07-27 2018-11-27 国家纳米科学中心 一种利用激光束制备单晶纳米颗粒的方法
CN109406472A (zh) * 2018-10-29 2019-03-01 山西大同大学 一种荧光碳纳米颗粒及检测Ni2+离子和甘氨酸的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1487115A (zh) * 2003-07-25 2004-04-07 清华大学 用pld法制备具有室温正巨磁阻效应的镍碳薄膜材料

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1487115A (zh) * 2003-07-25 2004-04-07 清华大学 用pld法制备具有室温正巨磁阻效应的镍碳薄膜材料

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUI LI等: "Synthesis of single-crystalline NiCx nanorodsbypulsedlaser deposition accompanied by N2 annealing", 《MATERIALSLETTERS》 *
V. KHARLAMOV等: "Concentration Profiles in Laser-Deposited Ni/C and W/C Multilayers", 《PHYS. STAT. SOL》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108893781A (zh) * 2018-07-27 2018-11-27 国家纳米科学中心 一种利用激光束制备单晶纳米颗粒的方法
CN109406472A (zh) * 2018-10-29 2019-03-01 山西大同大学 一种荧光碳纳米颗粒及检测Ni2+离子和甘氨酸的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. Aligned AlN nanorods with multi-tipped surfaces-growth, field-emission, and cathodoluminescence properties
CN108203090B (zh) 一种石墨烯的制备方法
RU2500616C2 (ru) Способ получения графеновой пленки
CN102274973A (zh) 在铜合金薄膜表面生成纳米铜颗粒的方法
CN108411267B (zh) 一种制备自由态多面体纳米Ag颗粒的方法
CN104313684A (zh) 一种制备六方氮化硼二维原子晶体的方法
JP6190562B2 (ja) グラフェンの成長方法
CN106756870A (zh) 一种等离子体增强化学气相沉积生长石墨烯的方法
CN109735804B (zh) 一种金属碳化合物涂层及其制备方法
CN104707997A (zh) 一种铜/石墨核壳结构的制备工艺
CN107267927A (zh) 一种碳镍纳米棒薄膜的制备方法
CN105002469A (zh) 一种陶瓷-金属纳米线复合薄膜及其制备方法
CN106629685A (zh) 一种具有多级结构的三维石墨烯泡沫及其制备方法
CN110745812A (zh) 一种超快制备石墨烯或石墨薄膜的方法
CN103910349A (zh) 一种制备掺氮定向竹节状碳纳米管/石墨烯复合金属氧化物的方法
CN104532190A (zh) 一种Zr-Cu金属玻璃薄膜的制备方法
CN107298439B (zh) 一种利用飞秒激光制备石墨烯片的方法
CN110863228B (zh) 二氧化钛纳米管基吸气剂薄膜及其制备方法
CN105200390A (zh) 一种直接沉积纳米石墨烯抑制二次电子发射的方法
CN104818464A (zh) 无模板制备大比表面积纳米银颗粒膜复合材料的方法
CN106744673B (zh) 一种横向生长非晶硅纳米线的制备方法
CN107747130B (zh) 一种在铜膜修饰石墨烯基底上制备金属酞菁单晶薄膜的方法
CN102864414B (zh) 一种制备具有金字塔结构的Fe薄膜的方法
CN111826610A (zh) 一种利用非晶碳低温制备石墨烯的方法
Srivastava et al. Facile growth of MoS2 nanopillars using pulsed DC magnetron sputtering technique

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171020

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication