铋的同质纳米异质结及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铋的同质纳米异质结及其制备方法。异质结为铋纳米线沿轴向直径呈两级阶梯式，其粗部为７０～１００ｎｍ，细部为２０～５０ｎｍ；方法为：１）将铝片置于浓度为０．１～０．５摩尔／升草酸溶液中，以直流３０～５０Ｖ阳极氧化３～５小时，再将其于由３～７ｗｔ％磷酸和１．３～２．３ｗｔ％铬酸配成的混合液中溶去氧化膜，之后，于前述同样条件再次氧化，取出后置于０．０１～０．３摩尔／升的磷酸溶液中２０～３０分钟，然后，再于同样条件第三次氧化，得多孔模板；２）将多孔模板置于由五水硝酸铋、氢氧化钾、甘油、酒石酸和水配成的电沉积溶液中，加以直流－２５～－３５毫伏电压沉积２０～４０分钟；３）将含铋的多孔模板置于氢氧化钠溶液中溶去模板，制得铋的同质纳米异质结。它的工艺简单，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种同质纳米异质结及制法，尤其是。
技术介绍
具有独特的性质和潜在的应用价值的纳米异质结，对电子器件的微小化有着重要的意义，因此，受到了人们极大的关注。目前，人们为了获得纳米异质结，作了各种尝试和努力，诸如硅纳米线-碳纳米管结和p-n氧化锌纳米线结等。其制备方法通常是先生长一种物质的纳米线，如硅或n型氧化锌，然后在这些线表面上或沿线的轴向的一端再生长另一种物质或不同性质搀杂的同种物质，如碳纳米管或p型氧化锌，从而构成纳米线异质结。但是，这些纳米异质结和其制备方法均存在着不足之处，首先，纳米异质结是由不同性质的材料构成的，这将对其的应用领域和使用范围有所限制，尤为难以用于某些特定的使用对象；其次，制备方法繁杂，既要控制成分，又有着繁多的步骤，使其不利于大规模集成，更不适于工业化生产，难于使产品商业化应用；再次，未能制得同质纳米异质结，尤为未制得铋的同质纳米异质结。虽有制备铋纳米线的方法，如在2001年2月13日公开的美国专利技术专利说明书US 6187165B1中披露的一种“半金属铋纳米线阵列及其合成技术”；它是使用多孔阳极氧化铝作为模板，配以电沉积法来制备出铋纳米线阵列的。然而，制出的铋纳米线的直径都是均匀的，即不是直径有突变的铋纳米线。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服上述各种方案的局限性，提供一种由同种材料制成的，使用方便的。铋的同质纳米异质结包括铋纳米线，特别是所说铋纳米线沿轴向的直径为两级阶梯式，所说两级阶梯式的直径分别为粗的部分直径为70～100nm，细的部分直径为20～50nm。作为铋的同质纳米异质结的进一步改进，所述的两级阶梯式的直径分别为粗的部分直径为70nm，细的部分直径为40nm。铋的同质纳米异质结的制备方法包括多孔氧化铝模板的制作和电沉积法，特别是它是按以下步骤完成的(1)、先将铝片置于浓度为0.1～0.5摩尔/升的草酸溶液中，并通以直流30～50V阳极氧化3～5小时，再将其置于由3～7wt％的磷酸和1.3～2.3wt％的铬酸配成的混合液中溶去氧化膜，之后，于前述同样条件下再次氧化3～5小时，取出后置于0.01～0.3摩尔/升的磷酸溶液中浸泡20～30分钟，然后，再于同样条件下进行第三次氧化，得到沿孔的轴向孔径突然由粗变细的多孔氧化铝模板；(2)、先于多孔氧化铝模板小孔端的表面镀金膜，再将其置于由五水硝酸铋、氢氧化钾、甘油、酒石酸和水配制成的PH值为0.7～1.1的电沉积溶液中，以金膜为阴极、银或氯化银为参比电极，于其间加以直流-25～-35毫伏的电压沉积20～40分钟，获得沿纳米线轴向直径突然由粗变细的铋的同质异质结在多孔氧化铝模板中的线阵列；(3)、将含有沿纳米线轴向直径突然由粗变细的铋的同质异质结的多孔氧化铝模板置于氢氧化钠溶液中溶去多孔氧化铝模板，制得铋的同质纳米异质结。作为铋的同质纳米异质结的制备方法的进一步改进，所述的电沉积溶液由五水硝酸铋75克/升、氢氧化钾65克/升、甘油125克/升、酒石酸50克/升和水配制而成；所述的水为去离子水或蒸馏水；所述的电沉积溶液的PH值用硝酸调节；所述的多孔氧化铝模板的厚度为50～60微米。相对于现有技术的有益效果是，其一，分别对制得的多孔氧化铝模板的截面、多孔氧化铝模板中的铋纳米线阵列和单个的铋纳米线使用场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜进行表征，从得到的扫描电镜照片、透射电镜照片和对应的选区电子衍射照片可知，多孔氧化铝模板中的孔的形状均为沿孔轴向孔径突然由粗变细。多孔氧化铝模板中的纳米线均为沿纳米线轴向直径突然由粗变细的同质纳米异质结，也即，这些纳米线沿轴向的直径为两级阶梯式，其中，粗的部分直径为70～100nm，细的部分直径为20～50nm，由其在多孔氧化铝模板中构成了同质纳米异质结阵列。纳米线为单晶铋纳米线；其二，对组装在多孔氧化铝模板中的多条纳米线进行电性能测试，由测试所得到的I-V曲线可看出，铋的同质纳米异质结具有明显的关于零电压非对称性，这充分地显示出了其具有的金属-半导体结特性。I-V曲线明显关于零电压不对称，是由于沿轴向直径均匀的铋纳米线的电学性质随着直径的降低会出现金属到半导体的转变的缘故。理论计算的结果是铋纳米线的直径小于65纳米时是半导体的，直径大于65纳米时是金属性的；实验的结果是当直径小于50纳米的时候，铋纳米线的性质是半导体的，直径大于70纳米的时候是金属性的。由此验证出了这种结构的铋的同质纳米异质结是金属-半导体结；其三，异质结由同种材料构成，且不搀杂，不需要控制不同部分的材料成分，仅需控制纳米线的直径，因而大大地降低了集成过程的复杂程度，简化了集成，降低了成本，极宜于工业化生产，以及商业化的应用。附图说明下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。图1是用JEOL JSM-6300F型场发射扫描电子显微镜对多孔氧化铝模板的截面进行观察后拍摄的照片，从照片中可以看出这种孔的形状，以及两端的直径大小；图2是用JEM-200CX型透射电子显微镜分别对多孔氧化铝模板中的纳米线排列(左图)和单个的纳米线(右图)进行观察后拍摄的照片，从照片可以看出纳米线的形貌和两端直径的大小，其中，右图中的内插图是单个纳米线的选区电子衍射图，由该图可看出此单个纳米线为单晶铋纳米线；图3是对组装在多孔氧化铝模板中的多条纳米线进行电性能测试后所得的I-V曲线图，其中，横坐标为电压，单位是伏，纵坐标为电流，单位是毫安，为了比较正负电压区曲线的对称性，人为的把负压区曲线关于零偏压的对称线以虚线移到了正压区，该图中的内插图是电性能测试的示意图。具体实施例方式实施例1完成步骤如下1)、先将厚度为250～300微米的铝片置于浓度为0.1摩尔/升的草酸溶液中，并通以直流50V阳极氧化5小时；再将其置于由3wt％的磷酸和2.3wt％的铬酸配成的混合液中溶去铝片上的氧化膜。之后，于前述同样条件下再次氧化5小时；取出后置于0.01摩尔/升的磷酸溶液中浸泡30分钟。然后，再于同样条件下进行第三次氧化，得到近似于图1所示的沿孔的轴向孔径突然由粗变细的多孔氧化铝模板。2)、先于多孔氧化铝模板小孔端的表面镀金膜；再将其置于由五水硝酸铋75克/升、氢氧化钾65克/升、甘油125克/升、酒石酸50克/升和去离子水(或蒸馏水)配制而成的PH值为0.7的电沉积溶液中，其中，电沉积溶液的PH值用硝酸调节；以金膜为阴极、银(或氯化银)为参比电极，于其间加以直流-25毫伏的电压沉积40分钟，获得近似于图2中的左图和如图3的曲线所示的沿纳米线轴向直径突然由粗变细的铋的同质异质结在多孔氧化铝模板中的线阵列。3)、将含有沿纳米线轴向直径突然由粗变细的铋的同质异质结的多孔氧化铝模板置于氢氧化钠溶液中溶去多孔氧化铝模板，制得近似于图2中的右图和如图3的曲线所示的铋的同质纳米异质结。实施例2完成步骤如下1)、先将厚度为250～300微米的铝片置于浓度为0.2摩尔/升的草酸溶液中，并通以直流45V阳极氧化4.5小时；再将其置于由4wt％的磷酸和2wt％的铬酸配成的混合液中溶去铝片上的氧化膜。之后，于前述同样条件下再次氧化4.5小时；取出后置于0.1摩尔/升的磷酸溶液中浸泡28分钟。然后，再于同样条件下进行第三次氧化，得到近似于图1所示的沿孔的轴向孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铋的同质纳米异质结，包括铋纳米线，其特征在于所说铋纳米线沿轴向的直径为两级阶梯式，所说两级阶梯式的直径分别为粗的部分直径为７０～１００ｎｍ，细的部分直径为２０～５０ｎｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田永涛，孟国文，安小红，郝玉峰，魏青，杨大驰，韩方明，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]