一種實(shí)驗室生產(chǎn)硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的生產(chǎn)方法及生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，特涉及一種實(shí)驗室生產(chǎn)硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)用各種方法制備出了硅和鍺納米顆粒。并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些納米顆粒具有體材料不具備的諸多性能。核殼型納米顆粒由于表面覆蓋有與核結(jié)構(gòu)不同性質(zhì)的納米材料，因此表面性質(zhì)被殼層材料有所改變，常表現(xiàn)出核所不具有的功能。研宄發(fā)現(xiàn)硅鍺納米線的核殼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的電子性能。由于硅鍺納米材料的禁帶結(jié)構(gòu)不同，硅包覆鍺或者鍺包覆硅的納米顆粒結(jié)構(gòu)可能具有很好的光學(xué)性能。目前關(guān)于制備硅鍺核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒的方法尚無相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明的方法采用氣相法制備硅鍺核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒，該方法具有納米顆粒的大小可控的特點(diǎn)。本發(fā)明的生產(chǎn)硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的設(shè)備包括小型玻璃管和大型玻璃管，小型玻璃管設(shè)有第一負(fù)極和第一正極，大型玻璃管設(shè)有內(nèi)管和第二正極，內(nèi)管設(shè)有第二負(fù)極。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了等離子體的均勻分布，有利于生成尺寸分布窄的納米顆粒。本裝置具有納米顆粒分散好，納米顆粒表面均勻包覆等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種實(shí)驗室生產(chǎn)硅包覆鍺的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的方法，其特征在于:
步驟一、給系統(tǒng)抽真空，真空度達(dá)到10帕以下，按1:40到1:60之間的比率輸入GeH4*Ar氣體，根據(jù)所需產(chǎn)生納米粒徑大小調(diào)節(jié)氣壓，混合氣體在射頻等離子體中產(chǎn)生氬氣等離子體，氬氣等離子體會撞擊鍺烷分子，使鍺烷分子裂解而形成鍺的晶核，進(jìn)而鍺晶核再長大會生成鍺納米顆粒；
步驟二、按1:50到1:70之間的比率輸入SiHjP Ar氣體，并使氬氣在射頻功率的激發(fā)下，而形成氬氣等離子體，氬氣等離子體撞擊硅烷氣體使硅烷氣體裂解；
步驟三、硅烷氣體裂解后與在步驟一中的鍺納米顆粒表面生成一層硅薄膜覆蓋在鍺納米顆粒表面，形成硅包覆鍺的納米顆粒。
[0005]一種實(shí)驗室生產(chǎn)鍺包覆娃的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的方法，其特征在于:
步驟一、給系統(tǒng)抽真空，真空度達(dá)到10帕以下，按1:50到1:70之間的比率輸入SiH4*Ar氣體，根據(jù)所需產(chǎn)生納米粒徑大小調(diào)節(jié)氣壓，混合氣體在射頻等離子體中產(chǎn)生氬氣等離子體，氬氣等離子體會撞擊硅烷分子，使硅烷分子裂解而形成硅的晶核，進(jìn)而硅晶核再長大會生成娃納米顆粒；
步驟二、按1:40到1:60之間的比率輸入GeHjP Ar氣體，并使氬氣在射頻功率的激發(fā)下，而形成氬氣等離子體，氬氣等離子體撞擊鍺烷氣體使鍺烷氣體裂解；
步驟三、鍺烷氣體裂解后與在步驟一中的硅納米顆粒表面生成一層硅薄膜覆蓋在硅納米顆粒表面，形成鍺包覆硅的納米顆粒。
[0006]本發(fā)明的硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的方法有益效果是:本方法生產(chǎn)的鍺包覆硅或者硅包覆鍺的納米顆粒的大小可控，并且顆粒的粒徑分布均勻；本方法生成的顆粒的大小可以做到很小以致10納米以下。
[0007]本發(fā)明還公開了一種實(shí)驗室生產(chǎn)硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的設(shè)備，包括小型玻璃管
(2)、金屬管道(3)、大型玻璃管(12)，所述的小型玻璃管(2)上方通過玻璃連接件與進(jìn)氣管一(10 )連接，下方通過玻璃連接件與金屬管道(3 )連接，金屬管道(3 )通過玻璃連接件與大型玻璃管(12 )連接，所述的金屬管道(3 )設(shè)有進(jìn)氣口二( 11 )，其特征在于:所述的小型玻璃管(2)設(shè)有第一負(fù)極(5)和第一正極(1)，第一負(fù)極(5)和第一正極(I)為圓柱形電極，所述的大型玻璃管(12)設(shè)有內(nèi)管(14)，大型玻璃管(12)上設(shè)有第二正極(15)，內(nèi)管(14)設(shè)有第二負(fù)極(7)，且第二正極(15)和第二負(fù)極(7)為圓柱形電極。
[0008]如上所述的生產(chǎn)娃鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的設(shè)備，其特征在于:所述的第一負(fù)極
(5)在上面，第一正極(I)在下面，且第一負(fù)極(5)與第一正極(I)之間的中心線與小型玻璃管(2)中心線一致。
[0009]如上所述的生產(chǎn)硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的設(shè)備，其特征在于:所述的第二負(fù)極
(7)的高度與第二正極(15)的高度一樣，并位于大型玻璃管(12)中心線位置上。
[0010]如上所述的生產(chǎn)硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的設(shè)備，其特征在于:所述的大型玻璃管
(12)與內(nèi)管(14)是同心的，大型玻璃管(12)內(nèi)徑與內(nèi)管(14)內(nèi)徑之比為1:4。
[0011]如上所述的生產(chǎn)硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的設(shè)備，其特征在于:所述的小型玻璃管
(2)與大型玻璃管(12)內(nèi)徑之比為I:5o
[0012]如上所述的生產(chǎn)硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的設(shè)備，其特征在于:所述的內(nèi)管(14)設(shè)有一個玻璃管道(8 )，上端有個聚四氟乙烯蓋子(9 )，玻璃管道(8 )與玻璃連接件連接，玻璃連接件與真空電極接在一起，內(nèi)管(14)下端管口是封閉的，內(nèi)管(14)與大型玻璃管(12 )通過主玻璃支撐件(13)連接為一體。
[0013]如上所述的生產(chǎn)娃鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的設(shè)備，其特征在于:所述的玻璃連接件為不銹鋼材料制造，其包括杯狀圓柱(16)、圓管(17)、圓盤底座(18)、橡皮圈放置部(20)和密封蓋子(23);杯狀圓柱(16)的內(nèi)徑與被密封連接的玻璃管的外徑相同且杯狀圓柱的外壁有外螺紋，密封蓋子(23)有內(nèi)螺紋，空心圓管(17)上端與杯狀圓柱(16)連為一體，下端與圓盤底座(18)連為一體，杯狀圓柱(16)內(nèi)設(shè)有臺階，臺階即為橡皮圈放置部(20)。
[0014]本發(fā)明的硅鍺核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的方法有益效果是:本發(fā)明的裝備的搭建很簡易，成本低，有利于實(shí)驗室的使用；本發(fā)明的小型玻璃管中使用圓柱體的上下電極，不僅能實(shí)現(xiàn)里面等離子體的均勻分布，有利于生成尺寸分布窄的納米顆粒；本發(fā)明的小型玻璃管下面的大型玻璃管使上面小型玻璃管中生成的納米顆粒在更大的區(qū)間內(nèi)分散得更好，更利于納米顆粒的表面均勻包覆；且使用內(nèi)外電極使等離子體在大型玻璃管中分布更為均勻，也使包覆更為均勻。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為玻璃連接件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為密封蓋子結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]附圖標(biāo)記說明:第一正極1、小型玻璃管2、金屬管道3、玻璃連接件一 4、玻璃連接件二 42、玻璃連接件三43、玻璃連接件四44、玻璃連接件五45、第一負(fù)極5、第二負(fù)極7、玻璃管道8、聚四氟乙烯蓋子9、進(jìn)氣管一 10、進(jìn)氣口二 11、大型玻璃管12、主玻璃支撐件13、內(nèi)管14、第二正極15、杯狀圓柱16、圓管17、圓盤底座18、連接圓盤19、橡皮圈放置部20、密封橡皮圈21、真空泵22、金屬波紋管一 24、金屬波紋管二 25、收集器26。
[0017]如圖1所示，小型玻璃管2上面是進(jìn)氣管一 10，進(jìn)氣管一 10焊接在連接圓盤19上，連接圓盤與玻璃連接件一 4的圓盤底座18通過橡皮密封圈和卡箍連接一起，玻璃連接件一 4與小型玻璃管2密封連接，將反應(yīng)氣體導(dǎo)入到小型玻璃管2之中。小型玻璃管2上還設(shè)有兩個圓柱形電極，這兩個圓柱形電極都如圖1 一樣環(huán)繞著小型玻璃管2，并且第一負(fù)極5在上面，第一正極I在下面。第一負(fù)極5與第一正極I之間的中心線最好與小型玻璃管2中心線一致，兩極之間的間距為20mm，小型玻璃管2下方通過玻璃連接件二 42將小型玻璃管2和金屬管道3連接起來。
[0018]金屬管道3上設(shè)有進(jìn)氣口二 11，進(jìn)氣口二 11下方是一個大型的玻璃連接件三43，玻璃連接件三43將金屬管道3和下面的大型玻璃管12連接起來。大型玻璃管12的構(gòu)造和上面小型玻璃管2不同，第一大型玻璃管12較上面小型玻璃管2大，本發(fā)明中小型玻璃管2與大型玻璃管12內(nèi)徑之比為1:5，如小型玻璃管2的內(nèi)徑為40mm，大型玻璃管12的內(nèi)徑為200mm，這是為了小型玻璃管2中生成的顆粒能夠在大型玻璃管12中更好的分散，有助于在顆粒表面進(jìn)行包覆。第二，大型玻璃管12與內(nèi)管14是同心玻璃圓柱，大型玻璃管12內(nèi)徑與內(nèi)管14內(nèi)徑之比為1:4，如大型玻璃管的內(nèi)徑為200mm,內(nèi)管內(nèi)徑為50mm。內(nèi)管14有一個玻璃管道8，玻璃管道8又與玻璃連接件四44連接。然后玻璃連接件四44與真空電極接在一起。然后第二負(fù)極7卡在內(nèi)管14的管壁上，且第二負(fù)極7的高度與第二正極15的高度一樣，且最好位于內(nèi)管14中心線位置，第二負(fù)極7通過導(dǎo)線與真空電極相接。內(nèi)管14下端管口是封閉的，上端有個聚四氟乙烯蓋子9，內(nèi)管14與大型玻璃管12通過主玻璃支撐件13連接為一體，主玻璃支撐件13是一個