[發明專利]一種制備束狀鉍納米結構材料的方法

無效

• 申請號: 201010150271.7
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN102220609A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 張志;朱自強;郁可;白丹
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: C25D3/54
• 分類號: C25D3/54
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明涉及熱電材料、半導體材料的制備，具體地說是一種制備束狀鉍納米結構材料的方法。

背景技術

鉍是典型的半金屬材料，由于具有高度各相異性的費米面、非常小的電子有效質量、大的載流子平均自由程和半金屬-半導體轉變等特性，因而在熱電、傳感器和巨磁阻等領域有著極其廣泛的應用前景。理論研究表明：由于量子限域效應作用，隨著材料維度的降低，鉍的熱電性能會有顯著的提高。另外，隨著納米線直徑和取向的改變，鉍的電輸運和熱電性能會有明顯的差異。因此，探索鉍納米的直徑和取向的可控生長非常重要，同時，可控生長的本身也是當前納米材料研究所面臨的一個新的挑戰。當前通過氧化鋁模板制備鉍納米線陣列主要是通過單一脈沖電流沉積或者直流電沉積方式，這些單一電沉積方法導致了所制備的納米結構單一，而且可控性不高。直流電制備填充納米線的填充率低，而且納米線尺寸多樣，不能控制大面積單一尺寸。脈沖電沉積方法則對沉積時間控制不準確，而且沉積的電位只能到兩個電位沉積。

本發明提供的制備束狀鉍納米結構材料的方法，正是克服了現有技術的上述缺陷，其所得結構單一，大面積單一尺寸，可控性強，步驟簡單，成本低，所得材料具有鉍納米線陣列式結構。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備束狀鉍納米結構材料的方法，該方法是以高純的B_iCl₃、甘油和氨水溶液為電沉積溶液，采用電化學技術并利用脈沖沉積與直流沉積結合的方法、對氧化鋁模板進行電沉積，最終得到具有高熱電轉換效率的一維有序鉍(Bi)納米線陣列熱電材料。該方法包括以下具體步驟：

a)把氧化鋁AAO模板在酒精溶液中超聲清洗潔凈；

b)配制電沉積溶液；

c)對所述片狀氧化鋁AAO模板采用多電位階躍進行電沉積；

d)電沉積結束后，將模板置去離子水中超聲清洗后，置NaOH溶液中去除氧化鋁膜；

e)蒸餾d步驟所得溶液，得到束狀鉍納米結構材料。

其中，步驟a)中所述氧化鋁模板可以采用自制的，也可以采用商業模板。所述氧化鋁AAO模板可切成片狀，大小為1cm×2cm～1.5cm×2.5cm。其孔徑為50～200nm，孔率為70％～80％？，膜厚60um～70um。

其中，步驟b)中所述電沉積溶液由8g/l～12g/l?BiCl₃、40g/l～55g/l酒石酸、90g/l～100g/l甘油和45g/l～55g/lNaCl溶液組成，溶液的pH值用稀鹽酸調節至0.8～1.2。

其中，步驟c)所述多電位階躍進行電沉積為：階段一是在高電平1.5v～1.8v，持續時間0.4ms～0.5ms；低電平0v，持續時間0.8ms(毫秒)～0.9ms(毫秒)；上述條件下脈沖沉積40min～50min(分鐘)；階段二是在2.5V～2.8V直流電沉積1小時。

其中，步驟d)去除氧化鋁膜是在0.5mol/l的NaOH溶液中，靜置30～50分鐘。

其中，步驟e)所得為白色粉末狀鉍大面積束狀納米結構材料。

本發明制備束狀鉍納米結構材料的方法，具有益效果：(1)可控性強，成本低，重復性好，可以大面積沉積，可通過控制直流電沉積時間或者脈沖電沉積時間對結構進行控制；(2)合成的周期性的陣列形式填充的B_i納米線，周期性好，填充率高，線與線之間的間距為10～20nm，最長的納米線可達幾十微米；(3)反應在常壓下進行，無需抽真空。

本發明的另一目的是，提供根據本發明的方法制備得到的鉍束狀納米結構材料。本發明到的束狀鉍納米結構材料，其優點在于，此束狀納米結構比表面積大，從SEM圖可以看到，此束狀納米結構由于存在大面積的孔洞，所以比表面積大于目前一般制備的納米線，納米管等結構。本發明制備得到的鉍束狀納米結構材料可從環境接受各種形式的熱能，包括各種輻射熱、太陽能、人體體溫、系統運行過程的發熱以及各種廢熱等，并高效率地直接將其轉變為電能輸出；其獨特的高密度納米線陣列構造以及抗氧化，耐高溫。場發射電流密度高，開啟電場較低，發射穩定性好，此納米結構具有離散性特點，可以有效的減少場屏蔽效應，所以具備較好的場發射性能。可以實現其作為陰極材料在場發射微電子器件中的應用，具有廣闊的商業應用前景。

附圖說明

圖1為實施例1的SEM照片

圖2為實施例1的TEM照片

圖3為實施例1的XRD照片

具體實施方式

實施例1

制備鉍束狀納米結構材料，具體步驟如下：