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第29卷第2期稀有金属2005年4月

Vol.29.2CHINESEJOURNALOFRAREMETALSApr.2005

水热法及溶剂热合成法制备族一维无机纳米材料

裴立宅,唐元洪*,郭池,陈扬文,张勇
(湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082)

摘要:一维纳米材料由于具有优异性能成为了近年的研究热点之一,水热法及溶剂热合成法是近年来发展起来的合成一维纳米材料的有效方
法。评述了近年来这两种方法在合成族一维无机纳米材料方面的研究现状与最新进展,重点介绍了水热法合成碳纳米管和纳米丝以及溶剂
热合成法合成硅、锗纳米线等一维无机纳米材料的进展情况。最后比较了这两种方法的优缺点并对其发展作了展望。

关键词:水热法;溶剂热合成法;族;纳米管;纳米线
中图分类号:TB383;TN304.1文献标识码:A文章编号:0258-7076(2005)02-0194-06

自从Iijima发现碳纳米管以来[1],一维纳米材有其独到之处。水热法是在高温、高压反应环境
料表现出了极好的量子限制效应、量子隧穿、库仑中,采用水作为反应介质,使得通常难溶或不溶的
阻塞效应及特殊的电学、光学等优异性能,有望在物质溶解并进行重结晶。水热法具有反应条件温
将来的纳米晶体管、传感器、光电器件等纳米器件和、污染小、成本较低、易于商业化、产物结晶好、
中得到应用,尤其在纳米电子集成电路中具有极团聚少及纯度高等特点。水热合成纳米碳丝、纳米
大的发展前途。随着研究的深入,采用不同的方法碳管说明了水热方法具有制备一维纳米结构的潜
合成了各种新颖的一维纳米材料,如纳米管、纳米力[7]。下面就水热法合成碳纳米管、碳纳米丝等方
线、纳米棒及纳米带等[2~6],引起了国际上的广泛面介绍近年来水热法在合成族一维无机纳米材
关注。近年来,材料合成技术的发展推动了一维纳料方面的进展情况。
米材料器件制备的发展,并对其生长机制的探索碳纳米管(CNTs)即管状纳米级石墨晶体,是
和控制合成提出了更高的要求。水热法及溶剂热单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷
合成法是近年来发展起来的合成一维纳米材料的曲而成的无缝纳米管。1991年由日本NEC的Iij-i
新方法,目前采用这两种方法在制备一维纳米材ma[1]用真空电弧蒸发石墨电极,并对产物做高分
料方面取得了一定进展,成功制备了包括纳米管、辨透射电镜(HRTEM)时首次发现。经过10几年
纳米棒及纳米线在内的一维纳米材料,在一维纳的研究,碳纳米管在合成及应用方面取得了突破
米材料的制备方面具有很大的发展前途。本文主性进展,主要的合成方法包括电弧法、激光烧蚀法
要针对近年来采用水热法及溶剂热合成法制备及化学气相沉积法(CVD)等。而水热法是近年来
族一维无机纳米材料的研究进行评述,并对其发新出现的方法,人们发现通过在水中处理纳米管,
展作了展望。可以有效纯化碳纳米管及分离碳管中的同素异形
体,因此对碳纳米管的水热合成研究可以了解碳
管在水热条件下的形成及稳定条件,对研究碳纳
1水热法合成族一维无机纳米材料
米管的合成及纯化工艺很有帮助,此法所得到的
水热法最初是用于地质中描述地壳中的水在碳纳米管为多壁碳管。
温度和压力联合作用下的自然过程,近数10年来
被用于制备纳米陶瓷粉末,近年来有人意识到在1.1不加催化剂
一定条件下,此法在制备一维纳米材料方面也具有研究表明碳的水热溶液为C-H-O系统[8]。

收稿日期:2004-12-24;修订日期:2005-01-20
基金项目:教育部博士点基金资助项目(20040532014)
作者简介:裴立宅(1977-),男,河北肃宁人,博士研究生;研究方向:硅及相关纳米材料
*通讯联系人(E-mail:[e-mail])
2期裴立宅等水热法及溶剂热合成法制备族一维无机纳米材料195

Moreno等[9]在未加催化剂的前提下,以无定形碳理时间的增加,逐渐转变成无定形碳。700时形
为碳源,在温度800,压力100MPa的条件下于成了管端开口的多壁碳纳米管。对水热处理后的
C-H-O水热系统中首次获得了多壁碳纳米管。图1样品进行场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察表
为所得到的碳纳米管的TEM图像。图像表明管中明,在Ni粒子附近有碳纳米管生成。纳米管的外
不存在无定形碳,更不存在催化剂颗粒,直径为数部直径为30~40nm,壁厚5nm,其石墨化程度与
10nm,长度可达数百纳米,甚至微米级。通过气相沉积所制得的碳纳米管相似。此法所得到的
HRTEM及拉曼光谱研究可知在水热处理期间,碳碳纳米管管端为开口结构,且内孔直径比电弧法
原