本發(fā)明屬薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳鎳納米棒薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

本發(fā)明的碳鎳納米棒薄膜是由碳鎳化合物（nicx）納米棒構(gòu)成。nicx是一種過渡金屬碳化物，這類化合物具有良好的機(jī)械性能、抗化學(xué)腐蝕和抗氧化性、熱學(xué)和電子傳導(dǎo)特性，其中大多數(shù)性質(zhì)得到了第一性原理的驗(yàn)證，其應(yīng)用涵蓋磁性傳感器、磁存儲(chǔ)器和電解水等領(lǐng)域。關(guān)于nicx的記載最早見于1988年zhaoyz課題組的研究，他們利用化學(xué)氣相沉積方法制備了nicx的無規(guī)則絲狀結(jié)構(gòu)；之后的2012年linwh課題組在制備碳納米管過程中發(fā)現(xiàn)c原子會(huì)向金屬ni晶體中擴(kuò)散，最終可形成nicx結(jié)構(gòu)；2016年yanghd課題組利用電沉積方法在覆蓋有ni的銅片上實(shí)現(xiàn)了nicx納米薄片的生長，并將其應(yīng)用于電解水，得到了較高的電解水效率和穩(wěn)定性。另外還有文獻(xiàn)指出碳鎳材料具有大小約0.8emu/g（磁荷/克）的鐵磁性，可用于生物醫(yī)學(xué)做傳感器。碳鎳材料具有如此有價(jià)值的電學(xué)、磁學(xué)等方面的性質(zhì)，但是目前尚無直接用物理方法合成的文獻(xiàn)報(bào)道。脈沖激光沉積技術(shù)是近年來發(fā)展起來的薄膜制備技術(shù)，具有沉積速率快、沉積薄膜成分可控、參數(shù)易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，通過該方法燒蝕產(chǎn)生的等離子體可在襯底上沉積得到與靶材料成分一致的薄膜；而熱退火工藝是合金制備和器件成型中常用的處理手段，有利于薄膜材料結(jié)晶成型，減少缺陷，可以導(dǎo)致某些特殊結(jié)構(gòu)的形成和特殊材料的生長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于將脈沖激光沉積和熱退火相結(jié)合，提供一種碳鎳納米棒薄膜的制備方法。

本發(fā)明采用脈沖激光沉積方法在石英襯底上沉積一層ni/c雙層膜，隨后通過熱退火工藝在管式退火爐中進(jìn)行后處理得到碳鎳納米棒薄膜材料。利用脈沖激光沉積方法在石英襯底上制備得到致密的ni/c雙層膜，熱退火可以實(shí)現(xiàn)納米棒材料的生長成型。合成的碳鎳納米棒薄膜材料由底部直徑20-50納米，長度約80--150納米的棒狀納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，主要成分為nicx，頂端伴隨一定ni含量的納米顆粒。

本發(fā)明首先提供一種可應(yīng)用于透明電極的碳鎳納米棒薄膜，其主要成分為nicx；所述碳鎳納米棒指的是過渡金屬ni的碳化物nicx的棒狀一維納米結(jié)構(gòu)。

所述的碳鎳納米棒底部直徑為20-50納米，長度為80--150納米，典型的為100納米；

本發(fā)明還提供上述碳鎳納米棒薄膜的制備方法，具體步驟為：

1、首先，在真空度為2′10^-3pa的真空腔中，在清洗過的光滑石英襯底表面沉積一層10-30納米厚度的金屬ni作為催化層和前驅(qū)物，沉積時(shí)間約4-6分鐘；沉積過程采用脈沖激光沉積方法；

2、其次，利用同樣的方法在沉積有ni的石英襯底上繼續(xù)沉積石墨粉末，沉積時(shí)間約4-6分鐘；

3、再次，將沉積有ni和石墨粉末的石英襯底移入管式退火爐中進(jìn)行高溫退火，退火時(shí)間為5-60分鐘，退火溫度為1100-1250攝氏度；

其中，所述熱退火過程的退火氣氛優(yōu)選為氮?dú)?；退火時(shí)間優(yōu)選為40-60分鐘，退火溫度優(yōu)選為1150-1200攝氏度，退火氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，退火氣體流量為0.8-1.2升/分鐘，優(yōu)選退火氣體流量為1升/分鐘；

4、最后，將管式退火爐自然冷卻，待溫度降為室溫時(shí)取出樣品，得到nicx納米棒薄膜。

本發(fā)明將脈沖激光沉積技術(shù)和熱退火工藝相結(jié)合，制備的碳鎳納米棒薄膜主要成分為鎳和石墨，故具有良好的導(dǎo)電性能，并具有可見光區(qū)高透過率的結(jié)構(gòu)，可以在太陽能電池領(lǐng)域加以應(yīng)用，成為一種新型透明電極材料。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，（a）為脈沖激光沉積裝置圖示，（b）為退火裝置圖示。

圖2為本發(fā)明碳鎳納米棒薄膜表面形貌掃描電鏡照片。其中，鎳-碳層約20納米,退火氣氛-氮?dú)猓嘶饻囟?1200攝氏度，退火時(shí)間-60分鐘。從圖中可以看出利用該發(fā)明所述方法可以得到均勻分布的碳鎳納米棒，其直徑約幾十個(gè)納米，長度為幾百納米。

圖3為透射電鏡和選區(qū)電子衍射圖。其中，鎳-碳層約20納米,退火氣氛-氮?dú)?，退火溫?1200攝氏度，退火時(shí)間-60分鐘。從透射電鏡圖可以看出碳鎳納米棒直徑20納米，長度200納米左右，為棒狀結(jié)構(gòu)。

圖4為本發(fā)明的碳鎳納米棒薄膜樣品的可見光透射光譜。其中，鎳-碳層約20納米,退火氣氛-氮?dú)?，退火溫?1200攝氏度，退火時(shí)間-60分鐘。該圖所示為退火前后薄膜樣品的可見光波段透射譜，其中虛線和實(shí)線分別代表退火前的碳鎳雙層薄膜和退火后的碳鎳納米棒薄膜的透射譜，可以看出碳鎳納米棒薄膜可見光區(qū)透光性可達(dá)95%以上，是一種透光性較好的薄膜材料。

圖中標(biāo)號：1-聚焦透鏡；2-激光光束；3-靶材；4-襯底；5-激光燒蝕產(chǎn)生的等離子體；6-旁抽閥；7-插板閥；8-電磁閥；9-分子泵；10-機(jī)械泵；11-樣品；12-石英管；13-加熱碳棒。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

一種碳鎳納米棒薄膜及其制備方法，具步驟為：

1.首先，在真空度約2′10^-3pa的真空腔中，在清洗過的光滑石英襯底表面沉積一層5分鐘（10-30納米）的金屬ni作為催化層和前驅(qū)物，沉積過程采用脈沖激光沉積方法；

2.其次，利用同樣的方法在沉積有ni的石英襯底上繼續(xù)沉積5分鐘的石墨粉末；

3.再次，將沉積有ni和石墨粉末的石英襯底移入管式退火爐中進(jìn)行高溫退火，退火時(shí)間為5-60分鐘，退火溫度為1100-1250攝氏度；

其中，所述熱退火過程的退火氣氛優(yōu)選為氮?dú)?，退火時(shí)間優(yōu)選為40-60分鐘，退火溫度優(yōu)選為1200攝氏度，退火氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，退火氣體流量為1升/分鐘；

4.最后，將管式退火爐自然冷卻，待溫度降為室溫時(shí)取出樣品，得到nicx納米棒薄膜。

具體實(shí)施方式中采用的脈沖激光沉積系統(tǒng)和熱退火裝置參見圖1（a）和（b）所示，脈沖激光沉積系統(tǒng)由聚焦透鏡1、激光光束2、靶材3、襯底4、激光燒蝕產(chǎn)生的等離子體5以及由旁抽閥6、插板閥7、電磁閥8、分子泵9和機(jī)械泵10構(gòu)成的抽真空裝置組成，退火裝置由樣品11、石英管12和加熱碳棒13組成。其中抽真空裝置可使沉積系統(tǒng)的真空度達(dá)到10^-3帕斯卡量級，分子泵9需要在冷卻水作用下運(yùn)行，激光光束2需經(jīng)過聚焦透鏡1進(jìn)行聚焦才可使靶材3在高溫下產(chǎn)生等離子體5，等離子體可在真空腔中在襯底4處沉積形成薄膜；熱退火裝置通以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，樣品11置于石英管12中，通過加熱碳棒13將退火裝置溫度升高到所需溫度。

首先，在真空環(huán)境中，在經(jīng)過清洗的石英襯底4上利用圖1（a）所示的脈沖激光沉積裝置沉積一層鎳/碳雙層膜，此時(shí)襯底4不進(jìn)行加熱，薄膜厚度約20納米。鎳的沉積有兩個(gè)作用，一是催化碳鎳納米棒的生長，二為碳鎳納米棒生長的前驅(qū)物，選用脈沖激光沉積可得到一層致密的薄膜，為納米棒的生長提供材料。

將石英襯底上沉積好鎳/碳雙層膜的樣品置于圖1（b）所示的熱退火裝置中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下對樣品進(jìn)行熱退火處理，退火溫度優(yōu)選為1200攝氏度，退火時(shí)間優(yōu)選為60分鐘，至此可得碳鎳納米棒薄膜材料，該材料在400-800納米的可見光區(qū)具有90%以上的透過率。

參見圖2所示為本發(fā)明碳鎳納米棒薄膜表面形貌掃描電鏡圖，圖3為透射電鏡和選區(qū)電子衍射圖，圖4為本發(fā)明的可見光波段透射光譜。上述圖中，鎳-碳層約20納米,退火氣氛-氮?dú)?，退火溫?1200攝氏度，退火時(shí)間-60分鐘。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。