CN108998832A - 一种纳米多孔氮钽单晶材料及其制备方法 - Google Patents

一种纳米多孔氮钽单晶材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种多孔氮钽单晶材料及其制备方法，多孔氮钽单晶材料具有大尺寸，目前还没有报道制备大尺寸的纳米多孔Ta5N6单晶的方法。所述多孔氮钽单晶材料中含有10nm～1000nm的孔。本发明的纳米多孔Ta5N6单晶可以作为新型的电催化电极材料、精确电阻材料和超导量子干涉仪的约瑟夫森结。

Description

一种纳米多孔氮钽单晶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米多孔单晶制备领域，具体涉及一种纳米多孔Ta5N6单晶的制备方法。
背景技术
随着具有催化性能的电极材料在清洁能源领域的应用和发展，清洁能源正在越来越多的改变人类的生产和生活。随着人们对环境保护意识越来越高，清洁能源的需求越来越大，但是传统的贵金属催化电极材料由于成本高、资源稀缺等原因极大的限制了清洁能源的广泛应用。以氮化物、碳化物等为代表的新型电催化电极材料具有类似于铂的电子结构，因而具有与铂、钯等贵金属类似的性能，例如其具有类似于铂的良好的导电性和优良的催化性能。
钽的氮化物是众多过渡族金属氮化物中的一种，有TaN、Ta2N、Ta3N4、Ta3N5、Ta5N6等多种氮化态，钽的氮化物大多是金属钽通过氨气的氮化制备，所制备的材料为无孔的多晶材料，不利于催化剂性能的表征及催化活性位点数量的提高，作为电极材料性能较差。另外，Ta金属的氮化过程中容易生成多相氮化物，不利于纯相产物的制备，也影响电极材料的性能。钽的氮化物有望成为取代铂的潜在新材料，成为新一代非铂催化剂，作为耐腐蚀、高强度的电阻材料也有广泛的用途，另外氮化钽在低温下具有超导性质，可用于制造超导量子干涉仪的核心部件。
但是目前还没有报道制备大尺寸的纳米多孔Ta5N6单晶的方法。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种多孔氮钽单晶材料，多孔氮钽单晶材料具有大尺寸，目前还没有报道制备大尺寸的纳米多孔Ta5N6单晶的方法。
所述多孔氮钽单晶材料，其特征在于，所述多孔氮钽单晶材料中含有10nm～1000nm的孔。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料中含有10nm～500nm的孔。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料中含有10nm～300nm的孔。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料中含有10nm～200nm的孔。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料中含有10nm～100nm的孔。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料包括多孔TaN单晶、多孔Ta2N单晶、多孔Ta3N4单晶、多孔Ta3N5单晶、多孔Ta5N6单晶中的至少一种。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔TaN单晶材料。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔Ta2N孔单晶材料。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔Ta3N4单晶材料。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔Ta3N5单晶材料。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔Ta5N6单晶材料。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔氮钽单晶薄膜和/或多孔氮钽单晶晶体。
可选地，所述多孔氮钽单晶薄膜的表面为多孔氮钽单晶的(001)面、(100)面、(110)面、(111)面中的至少一面。
可选地，所述多孔氮钽单晶晶体的表面为多孔氮钽单晶的(001)面、(100)面、(110)面、(111)面中的至少一面。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔Ta5N6单晶薄膜和/或多孔Ta5N6单晶晶体。
可选地，所述多孔Ta5N6单晶薄膜的表面为多孔Ta5N6单晶的(001)面、(100)面、(110)面、(111)面中的至少一面。
可选地，所述多孔Ta5N6单晶晶体的表面为多孔Ta5N6单晶的(001)面、(100)面、(110)面、(111)面中的至少一面。
可选地，所述多孔氮钽单晶晶体的尺寸为0.1cm～30cm；
所述多孔氮钽单晶薄膜的厚度为10nm～100μm。
可选地，所述多孔氮钽单晶晶体的尺寸为1cm～5cm。
可选地，所述多孔氮钽单晶晶体的外表面中表面积最大的一个表面上两点的最大直线距离为0.1cm～30cm。
根据本申请的又一方面，提供一种多孔氮钽单晶材料的制备方法，所述方法操作简单、重复性好、价格低廉，制备得到了纳米多孔大尺寸的氮钽单晶材料，纯度高。
所述多孔氮钽单晶材料的制备方法，其特征在于，至少包括：将钽源与含有氨气的原料气接触反应，得到所述多孔氮钽单晶材料；
其中，所述钽源选自碱金属钽酸盐单晶材料中的至少一种。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔Ta5N6单晶材料。
可选地，所述反应的温度为600～1700℃；
所述反应的压力为0.01Torr～760Torr；
所述反应的时间为0.5min～300h。
可选地，所述反应的温度上限选自1700℃、1680℃、1600℃、1500℃、1400℃、1350℃、1300℃、1250℃、1200℃、1150℃、1100℃、1050℃、或1000℃；下限选自1000℃、950℃、900℃、850℃、800℃、750℃、700℃、650℃或600℃。
可选地，所述反应的压力上限选自0.2Torr、0.5Torr、10Torr、20Torr、50Torr、100Torr、200Torr、300Torr、400Torr、500Torr、600Torr、700Torr或760Torr；下限选自0.01Torr、0.05Torr、0.1Torr、0.2Torr、0.5Torr、10Torr、20Torr、50Torr、100Torr、200Torr、300Torr、400Torr、500Torr、600Torr或700Torr。
可选地，所述反应的时间上限选自2min、10min、18min、20min、50min、1h、10h、20h、36min、50h、100h、150h、200h、250h或300h；下限选自0.5min、1min、10min、18min、20min、36min、50min、1h、10h、20h、50h、100h或150h。
可选地，所述反应的温度为1050～1350℃；
所述反应的压力为50Torr～300Torr；
所述反应的时间为1h～200h。
可选地，所述含有氨气的原料气中包括氨气和氮气、氩气、氢气中的至少一种；
其中，氨气的流量记为a，氮气的流量记为b，氩气的流量记为c，氢气的流量记为d，满足：
0.05SLM≤a≤100SLM；
0SLM≤b≤100SLM；
0SLM≤c≤100SLM；
0SLM≤d≤100SLM。
可选地，所述氨气的流量范围上限选自0.1SLM、0.5SLM、1SLM、1.5SLM 2SLM、3SLM、4SLM、5SLM、6SLM、7SLM、8SLM、9SLM、10SLM、20SLM、30SLM、40SLM、50SLM、60SLM、70SLM、80SLM、90SLM或100SLM；下限选自0.05SLM、0.1SLM、0.5SLM、1SLM、1.5SLM 2SLM、3SLM、4SLM、5SLM、6SLM、7SLM、8SLM、9SLM、10SLM、20SLM、30SLM、40SLM、50SLM、60SLM、70SLM、80SLM或90SLM。
可选地，所述氮气的流量范围上限选自0.01SLM、0.1SLM、0.2SLM、0.5SLM、0.8SLM、1SLM、2SLM、5SLM、10SLM、20SLM、50SLM、80SLM或100SLM；下限选自0SLM、0.01SLM、0.07SLM、0.08SLM、0.1SLM、0.2SLM、0.5SLM、0.8SLM、1SLM、2SLM、5SLM、10SLM、20SLM、50SLM或80SLM。
可选地，所述氩气的流量范围上限选自0.01SLM、0.1SLM、0.2SLM、0.5SLM、0.8SLM、1SLM、2SLM、5SLM、10SLM、20SLM、50SLM、80SLM或100SLM；下限选自0SLM、0.01SLM、0.07SLM、0.08SLM、0.1SLM、0.2SLM、0.5SLM、0.8SLM、1SLM、2SLM、5SLM、10SLM、20SLM、50SLM或80SLM。
可选地，所述氢气的流量范围上限选自0.01SLM、0.1SLM、0.2SLM、0.5SLM、0.8SLM、1SLM、2SLM、5SLM、10SLM、20SLM、50SLM、80SLM或100SLM；下限选自0SLM、0.01SLM、0.1SLM、0.2SLM、0.5SLM、0.8SLM、1SLM、2SLM、5SLM、10SLM、20SLM、50SLM或80SLM。
可选地，
0.3SLM≤a≤1SLM；
0.05SLM≤b≤1SLM；
0.05SLM≤c≤1SLM；
0.05SLM≤d≤0.5SLM。
可选地，所述碱金属钽酸盐单晶的尺寸为0.1～30cm。单晶的尺寸定义为：单晶外表面中表面积最大的一个表面上两点的最大直线距离。
可选地，所述碱金属钽酸盐单晶选自钽酸锂单晶、钽酸钠单晶、钽酸钾单晶中的至少一种。
可选地，所述钽酸锂单晶选自(001)面钽酸锂单晶、(100)面钽酸锂单晶、(110)面钽酸锂单晶中的至少一种。
可选地，所述钽酸钠单晶选自(001)面钽酸钠单晶、(100)面钽酸钠单晶、(110)面钽酸钠单晶、(111)面钽酸钠单晶中的至少一种。
可选地，所述钽酸钾单晶选自(001)面钽酸钾单晶、(100)面钽酸钾单晶、(110)面钽酸钾单晶、(111)面钽酸钾单晶中的至少一种。
可选地，所述方法至少包括：将钽源与含有氨气的原料气接触反应，钽源部分氮化转化，逆向外延生长纳米多孔氮钽单晶，得到多孔氮钽单晶薄膜；或者
将钽源与含有氨气的原料气接触反应，钽源完全氮化转化，逆向外延生长纳米多孔氮钽单晶，得到多孔氮钽单晶晶体。
可选地，所述多孔氮钽单晶材料为多孔氮钽单晶薄膜时，所述钽源与含有氨气的原料气接触反应的时间范围下限选自10min、20min、30min、1h或2h；上限选自20min、30min、1h或2h。
当制备的多孔氮钽单晶材料为多孔氮钽单晶晶体时，接触反应时间应满足使钽源全部转化为多孔氮钽单晶材料。
作为一种实施方式，本申请提供一种纳米多孔Ta5N6单晶的制备方法，所述方法包括以下步骤：
采用碱金属钽酸盐单晶作为衬底，置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，往气相外延生长反应室持续通入含氨气体使碱金属钽酸盐单晶衬底进行氮化转化逆向外延生长，得到纳米多孔Ta5N6单晶。
可选地，所述纳米多孔Ta5N6单晶选自纳米多孔Ta5N6单晶薄膜和/或纳米多孔Ta5N6单晶晶体中的一种。
可选地，所述碱金属钽酸盐单晶选自钽酸锂单晶、酸锂钠单晶、酸锂钾单晶中的至少一种。
可选地，所述钽酸锂单晶选自(001)面钽酸锂单晶、(100)面钽酸锂单晶和(110)面钽酸锂单晶中的至少一种。
可选地，所述钽酸钠单晶选自(001)面钽酸钠单晶、(100)面钽酸钠单晶、(110)和(111)面钽酸钠单晶中的至少一种。
可选地，所述钽酸钾单晶选自(001)面钽酸钾单晶、(100)面钽酸钾单晶、(110)和(111)面钽酸钾单晶中的至少一种。
可选地，所述衬底的尺寸为0.1～30cm。衬底的尺寸定义为：衬底外表面中表面积最大的一个表面上两点的最大直线距离。
可选地，所述含氨气体包括以下的气体：a流量的氨气、b流量的氮气、c流量的氩气和d流量的氢气，其中a为0.05～100SLM，b为0～100SLM，c为0～100SLM，d为0～100SLM。
可选地，所述a为0.3～1SLM，所述b为0.05～1SLM，所述c为0.05～1SLM，所述d为0.05～0.5SLM。
可选地，所述氮化转化逆向外延生长的条件为，温度600～1700℃，时间0.5分钟～300小时，压力0.01～760Torr。
可选地，所述温度为1050～1350℃，所述时间为1～200小时，所述压力为50～300Torr。
上述任一实施方案中所述的制备方法制备出的纳米多孔Ta5N6单晶。
具体地，本发明采用碱金属钽酸盐单晶作为衬底，置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，往气相外延生长反应室持续通入含氨气体使碱金属钽酸盐单晶衬底进行氮化转化逆向外延生长，得到纳米多孔Ta5N6单晶。本发明可以通过调节氮化转化逆向外延生长的反应条件，得到纳米多孔Ta5N6单晶薄膜或者纳米多孔Ta5N6单晶晶体。本发明的纳米多孔Ta5N6单晶可以作为新型的电催化电极材料、精确电阻材料和超导量子干涉仪的约瑟夫森结。
本申请中，“晶体的尺寸”“衬底的尺寸”，均是指晶体外表面中表面积最大的一个表面上两点的最大直线距离。
根据本申请的又一个方面，提供了所述的多孔氮钽单晶材料、根据所述方法制备得到的多孔氮钽单晶材料中的至少一种在电催化电极材料、精确电阻材料、超导量子干涉仪约瑟夫森结中的应用。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的多孔氮钽单晶材料，利用碱金属钽酸盐与氮钽单晶晶格结构相近且晶格匹配的特点，使碱金属钽酸盐单晶衬底与含氨气体在高温下由外及里氮化转化逆向外延生长氮钽晶体，其余产物完全挥发，产物纯度高；例如利用碱金属钽酸盐晶体与Ta5N6晶格结构相近且晶格匹配的特点，使碱金属钽酸盐单晶衬底与含氨气体在高温下由外及里氮化转化逆向外延生长Ta5N6晶体，其余产物完全挥发，产物纯度高；
2)本申请所提供的多孔氮钽单晶材料，利用同体积碱金属钽酸盐晶体中钽的含量比氮钽晶体中钽的含量少的特点，使用碱金属钽酸盐单晶衬底与含氨气体在高温下由外及里氮化转化逆向外延生成纳米多孔氮钽单晶；例如利用同体积碱金属钽酸盐晶体中钽的含量比Ta5N6晶体中钽的含量少的特点，使用碱金属钽酸盐单晶衬底与含氨气体在高温下由外及里氮化转化逆向外延生成纳米多孔Ta5N6单晶；
3)本申请所提供的多孔氮钽单晶材料，首次报道了纳米多孔氮钽单晶、大尺寸(001)面纳米多孔氮钽单晶、大尺寸(100)面纳米多孔氮钽单晶和大尺寸(110)面和(111)纳米多孔氮钽单晶；例如首次报道了纳米多孔Ta5N6单晶、大尺寸(001)面纳米多孔Ta5N6单晶、大尺寸(100)面纳米多孔Ta5N6单晶和大尺寸(110)面和(111)纳米多孔Ta5N6单晶；
4)本申请所提供的多孔氮钽单晶材料，制备纳米多孔Ta5N6单晶的方法操作简单、重复性好、价格低廉；
5)本申请所提供的多孔氮钽单晶材料，碱金属钽酸盐单晶衬底进行氮化转化逆向外延生长，氮化程度不同，可以得到单晶薄膜或单晶晶体。碱金属钽酸盐单晶衬底完全氮化，得到的是纳米多孔Ta5N6单晶晶体；碱金属钽酸盐单晶衬底部分氮化，得到的是纳米多孔Ta5N6单晶薄膜。
附图说明
图1是本发明实施例1中(001)面LiTaO3单晶衬底和制备的(001)面纳米多孔Ta5N6单晶晶体的XRD图。
图2是本发明实施例1中制备的纳米多孔Ta5N6单晶晶体纵切(001)面的高分辨率TEM图和选区电子衍射图；其中右上方为选区电子衍射图。
图3是本发明实施例1中制备的纳米多孔Ta5N6单晶晶体的SEM图；其中，图(a)标尺为3.00μm，图(b)标尺为3.00μm，图(c)标尺为1.00μm，图(d)标尺为1.00μm。
图4是本发明实施例4中制备的(001)面纳米多孔Ta5N6单晶薄膜的XRD图。
图5是本发明实施例4中制备的(001)面纳米多孔Ta5N6单晶薄膜的断面SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请的实施例中分析方法如下：
实施例中，样品的形貌采用JEOL JSM 6330F型扫描电镜分析。
实施例中，样品的X-射线衍射分析采用Bede D1(UK,Bede Scientific；Cu-Kα1radiation；operated at 40kV and 45mA；)型高分辨X-射线衍射分析仪。
实施例中，样品的形貌采用Tecnai 30场发射透射电镜分析。
本申请提供一种多孔氮钽单晶材料，所述多孔氮钽单晶材料中含有10nm～1000nm的孔。
作为一种实施方式，所述多孔氮钽单晶材料包括多孔TaN单晶、多孔Ta2N单晶、多孔Ta3N4单晶、多孔Ta3N5单晶、多孔Ta5N6单晶中的至少一种。
作为一种实施方式，所述多孔氮钽单晶材料为多孔氮钽单晶薄膜和/或多孔氮钽单晶晶体。
本申请提供一种多孔氮钽单晶材料的制备方法，至少包括：将钽源与含有氨气的原料气接触反应，得到所述多孔氮钽单晶材料；
其中，所述钽源选自碱金属钽酸盐单晶材料中的至少一种。
作为一种实施方式，纳米多孔Ta5N6单晶的制备方法，采用碱金属钽酸盐单晶作为衬底，置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，往气相外延生长反应室持续通入含氨气体使碱金属钽酸盐单晶衬底进行氮化转化逆向外延生长，得到纳米多孔Ta5N6单晶。
实施例1
以(001)面钽酸锂单晶作为衬底，衬底尺寸0.5cm，衬底置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，气相外延生长反应室升温至1100℃，通入流量为1SLM的氨气，控制气相外延生长反应室的压力为50Torr，持续通入氨气200小时，停止通入氨气，降温，得到(001)面纳米多孔Ta5N6单晶晶体。
实施例2
以(100)面钽酸钠单晶作为衬底，衬底尺寸10cm，衬底置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，气相外延生长反应室升温至1300℃，通入流量0.3SLM的氨气、流量为0.07SLM的氮气、流量为0.08SLM的氩气和流量为0.07SLM的氢气组成的含氨气体，控制气相外延生长反应室的压力为280Torr，持续通入含氨气体100小时，停止通入含氨气体，降温，得到(100)面纳米多孔Ta5N6单晶晶体。
实施例3
以(110)面钽酸锂单晶作为衬底，衬底尺寸27cm，衬底置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，气相外延生长反应室升温至900℃，通入流量为80SLM的氨气、流量为20SLM的氮气、流量为15SLM的氩气和流量为25SLM的氢气组成的含氨气体，控制气相外延生长反应室的压力为150Torr，持续通入含氨气体300小时，停止通入含氨气体，降温，得到(110)面纳米多孔Ta5N6单晶晶体。
实施例4
以(001)面钽酸锂单晶作为衬底，衬底尺寸3cm，衬底置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，气相外延生长反应室升温至1050℃，通入流量为0.5SLM的氨气和流量为0.05SLM的氩气组成的含氨气体，控制气相外延生长反应室的压力为760Torr，持续通入含氨气体0.3小时，停止通入含氨气体，降温，得到(001)面纳米多孔Ta5N6单晶薄膜。
实施例5
以(001)面钽酸钾单晶作为衬底，衬底尺寸5cm，衬底置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，气相外延生长反应室升温至650℃，通入流量为3SLM的氨气，控制气相外延生长反应室的压力为2Torr，持续通入氨气2小时，停止通入氨气，降温，得到(001)面纳米多孔Ta5N6单晶薄膜。
实施例6
以(100)面钽酸钠单晶作为衬底，衬底尺寸16cm，衬底置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，气相外延生长反应室升温至1680℃，通入流量为15SLM的氨气、流量为2SLM的氮气、流量为1SLM的氩气和流量为1SLM的氢气组成的含氨气体，控制气相外延生长反应室的压力为650Torr，持续通入含氨气体0.6分钟，停止通入含氨气体，降温，得到(100)面纳米多孔Ta5N6单晶薄膜。
实施例7
以(110)面钽酸锂单晶作为衬底，衬底尺寸14cm，衬底置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，气相外延生长反应室升温至1200℃，通入流量为15SLM的氨气、流量为2SLM的氮气、流量为1SLM的氩气和流量为1SLM的氢气组成的含氨气体，控制气相外延生长反应室的压力为650Torr，持续通入含氨气体10分钟，停止通入含氨气体，降温，得到(110)面纳米多孔Ta5N6单晶薄膜。
实施例8
以(111)面钽酸锂单晶作为衬底，衬底尺寸2cm，衬底置于气相外延生长反应室中，闭合气相外延生长反应室，气相外延生长反应室抽真空至0.001Torr，气相外延生长反应室升温至1150℃，通入流量为1SLM的氨气，控制气相外延生长反应室的压力为50Torr，持续通入氨气200小时，停止通入氨气，降温，得到(111)面纳米多孔Ta5N6单晶晶体。
实施例9结构表征
采用X射线晶体衍射的方法对实施例1～8制备的样品及其衬底进行结构表征。结果显示，实施例1～8均制备得到氮钽单晶材料，实施例1、实施例4、实施例5样品表面为(001)面，实施例2和实施例6样品表面为(100)面，实施例3和实施例7样品表面为(110)面，实施例8样品表面为(111)面。典型的XRD图谱如图1和图4所示，图1为实施例1中(001)面LiTaO3单晶衬底和制备的(001)面纳米多孔Ta5N6单晶晶体的XRD图，为(001)面Ta5N6单晶；图4为实施例4中制备的(001)面纳米多孔Ta5N6单晶薄膜的XRD图，包括(001)面Ta5N6单晶和(001)面LiTaO3单晶衬底。
实施例10形貌表征
采用扫描电镜对实施例1～8制备的样品的形貌进行了表征，结果显示，实施例1～8制备的样品均具有10nm～1000nm的孔。
典型的单晶晶体SEM图如图3所示，对应实施例1中制备的纳米多孔Ta5N6单晶晶体的SEM图。实施例1～3、实施例8的SEM图谱与图3类似，均制备得到了纳米多孔的具有三维骨架的Ta5N6单晶晶体材料。
典型的单晶薄膜SEM图如图5所示，对应实施例4中制备的纳米多孔Ta5N6单晶薄膜的断面SEM图。SEM图谱显示，断面的上表面和下表面均为多孔纳米多孔Ta5N6单晶，中间部分为钽酸锂单晶。实施例4～7均制备得到了纳米多孔的Ta5N6单晶薄膜材料，具有与实施例4制备的样品相似的断面。
采用透射电镜对实施例1～8制备的样品的形貌进行了表征，结果显示，实施例1～8制备的样品为均一的纯相的单晶材料。典型的TEM图如图2所示，对应实施例1中制备的纳米多孔Ta5N6单晶晶体纵切(001)面的高分辨率TEM图，右上方为选区电子衍射图。TEM图和电子衍射图显示整体材料均为单晶。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种多孔氮钽单晶材料，其特征在于，所述多孔氮钽单晶材料中含有10nm～1000nm的孔。
2.根据权利要求1所述的多孔氮钽单晶材料，其特征在于，所述多孔氮钽单晶材料包括多孔TaN单晶、多孔Ta2N单晶、多孔Ta3N4单晶、多孔Ta3N5单晶、多孔Ta5N6单晶中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的多孔氮钽单晶材料，其特征在于，所述多孔氮钽单晶材料为多孔氮钽单晶薄膜和/或多孔氮钽单晶晶体；
优选地，所述多孔氮钽单晶薄膜的表面为多孔氮钽单晶的(001)面、(100)面、(110)面、(111)面中的至少一面；
优选地，所述多孔氮钽单晶晶体的表面为多孔氮钽单晶的(001)面、(100)面、(110)面、(111)面中的至少一面。
4.根据权利要求3所述的多孔氮钽单晶材料，其特征在于，所述多孔氮钽单晶晶体的尺寸为0.1cm～30cm；
所述多孔氮钽单晶薄膜的厚度为10nm～100μm；
优选地，所述多孔氮钽单晶晶体的尺寸为1cm～5cm。
5.权利要求1至4任一项所述的多孔氮钽单晶材料的制备方法，其特征在于，至少包括：将钽源与含有氨气的原料气接触反应，得到所述多孔氮钽单晶材料；
其中，所述钽源选自碱金属钽酸盐单晶材料中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为600～1700℃；
所述反应的压力为0.01Torr～760Torr；
所述反应的时间为0.5min～300h；
优选地，所述反应的温度为1050～1350℃；
所述反应的压力为50Torr～300Torr；
所述反应的时间为1h～200h。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述含有氨气的原料气中包括氨气和氮气、氩气、氢气中的至少一种；
其中，氨气的流量记为a，氮气的流量记为b，氩气的流量记为c，氢气的流量记为d，满足：
0.05SLM≤a≤100SLM；
0SLM≤b≤100SLM；
0SLM≤c≤100SLM；
0SLM≤d≤100SLM；
优选地，
0.3SLM≤a≤1SLM；
0.05SLM≤b≤1SLM；
0.05SLM≤c≤1SLM；
0.05SLM≤d≤0.5SLM。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碱金属钽酸盐单晶选自钽酸锂单晶、钽酸钠单晶、钽酸钾单晶中的至少一种；
优选地，所述钽酸锂单晶选自(001)面钽酸锂单晶、(100)面钽酸锂单晶、(110)面钽酸锂单晶中的至少一种；
优选地，所述钽酸钠单晶选自(001)面钽酸钠单晶、(100)面钽酸钠单晶、(110)面钽酸钠单晶、(111)面钽酸钠单晶中的至少一种；
优选地，所述钽酸钾单晶选自(001)面钽酸钾单晶、(100)面钽酸钾单晶、(110)面钽酸钾单晶、(111)面钽酸钾单晶中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法至少包括：将钽源与含有氨气的原料气接触反应，钽源部分氮化转化，逆向外延生长纳米多孔氮钽单晶，得到多孔氮钽单晶薄膜；或者
将钽源与含有氨气的原料气接触反应，钽源完全氮化转化，逆向外延生长纳米多孔氮钽单晶，得到多孔氮钽单晶晶体。
10.权利要求1至4任一项所述的多孔氮钽单晶材料、根据权利要求5至9任一项所述方法制备得到的多孔氮钽单晶材料中的至少一种在电催化电极材料、精确电阻材料、超导量子干涉仪约瑟夫森结中的应用。
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