陶冬源 杨修春(同济大学，上海 201800)

氨气热还原法制备氮化钛纳米颗粒

陶冬源 杨修春(同济大学，上海 201800)

氮化钛薄膜因具有高硬度、优良的耐摩擦性能、独特而可变的颜色以及良好的化学稳定性等特性，在机械、半导体、装饰及临床医学等领域得到了广泛的应用[1]。另一方面，氮化钛由于其优秀的等离子体共振效应正引起世界范围内研究人员的关注，适用于对医学检测有很大作用的拉曼增强等领域[2～3]。通常制备氮化钛纳米材料需要高温高能耗，本文采用氨气热还原法在相对低温下制备氮化钛纳米颗粒。

氨气热还原法；氮化钛；低温低能耗；TEM

实验：实验所用阿拉丁生产的粒径为40nm的锐钛矿相二氧化钛纳米颗粒，不经过预热处理，直接放入真空管式炉中加热，其中，升温过程通入氮气作为保护气体，隔绝空气中其他气体的干扰。升温至800度，保温5小时，保温过程中通入氨气气流，流量为100 ml/min，热处理完成后自然降温，降温过程中同样需要通入氮气作为保护气体。加热过程中需控制真空管式炉内压力。

其中实验所选温度由吉布斯-亥姆霍兹公式确定，吉布斯自由能变化是温度的函数,在不同温度下,其数值是不同的,它与温度的关系可用下式表达：

样品处理：由于氮化钛上极易附着氧元素，需将样品进行密封储存。

加热过程中存在干扰气体的生成，实验中可能出现的反应如下：

由反应可知，加热过程会出现中间产物H2O，在高温情况下TiN会与H2O反应生成TiO2，所以需要排除H2O对反应的影响。另一方面，TiN在高温真空下容易失去N原子，形成N元素含量较少的TiN，所以本实验在加热完毕后通入氮气作为保护气体。

高分辨透射电镜分析：

图1是经过氨气热处理法制备所得TiN纳米颗粒的高分辨透射电镜图，由图1可以看出，TiN纳米颗粒直径约为90nm左右，大于TiO2纳米颗粒直径，且易团聚，颗粒疑似为空壳结构。对TiN纳米管进行电子衍射测定表明，纳米管中TiN颗粒呈现晶态，具有对应于NaCl面心立方结构TiN晶体的特征衍射环，其中直径为8.16 nm、9.35 nm和13.21 nm的衍射环分别对应TiN（111），（200）和（220）晶面。因而可以确定所得产物为TiN纳米颗粒。

图1 经过氨气热处理法制备所得TiN纳米颗粒

[1]D.F.Sun,J.W.Lang,X.B.Yan,L.T.Hu,Q.J.Xue,Fabrica⁃tion of TiN nanorods by electrospinning and their electrochemical properties,J.Solid State Chem.184(2011)1333-1338.

[2]G.V.Naik,J.L.Scharoeder,X.J.Ni,A.V.Kildishev,T.D. Sands,A.Boltasseva,Titanium nitride as a plasmonic material for visible and near-infrared wavelengths,Opt.Mater.Exp.2(2012) 478-489.

[3]G.V.Naik,V.M.Shalaev,A.Boltasseva,Alternative plas⁃monic materials:beyond gold and silver,Adv.Mater.25(2013)3264 -3294.

陶冬源（1990-），男，汉族，江苏徐州，硕士研究生，研究方向：等离子体共振材料。

杨修春（1965-），男，汉族，湖北黄梅，研究员，研究方向：纳米颗粒-玻璃基复合材料的制备及光学性能的研究，有序介孔材料的制备、纳米晶在有有序介孔中的自组装及其光学性能的研究，节能玻璃涂料的研究。