一种液态金属量子材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种液态金属量子材料及其制备方法，所述液态金属量子材料，包括内部的液态金属纳米液滴，以及包覆在所述液态金属纳米液滴外部的固体薄膜。本发明专利技术还公开了制备所述液态金属量子材料的方法。本发明专利技术所述液态金属量子材料具有独到性的液态、柔性、可变形性；材料制造难度大大减小，使得传统的量子材料或器件的电子互联难度大大降低，更加有利于量子技术的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属量子材料及其制备方法本专利技术是申请号为2017106480557、申请日为2017年8月1日、专利技术名称为“一种液态金属量子材料及其制备方法”的专利的分案申请。
本专利技术属于量子材料领域,具体涉及一种液态金属量子材料及其制备方法。
技术介绍
量子材料是一大类在物理、化学乃至生物学性质上既不同于微观原子、分子，也显著区别于宏观物体的新型材料。由于其内在独特的量子限域效应(也称量子尺寸效应)，量子材料的物质行为介于宏观和微观物体之间，而且往往会展示出许多新奇的新特性、新效应。比如，当半导体晶体小到纳米尺度(1纳米大约等于头发丝宽度的万分之一)，不同尺寸的同一物质可以发出不同颜色的光，相应效应可用于微小生物学对象的高分辨荧光检测；更多的效应还可用于照明、显示、量子激光器、量子型太阳能电池、量子计算、量子通讯、量子隐身等。近年来，随着一系列在量子应用技术上取得的重大突破，量子材料与器件的研发和应用正在成为一个全新的领域，业界普遍认为，量子材料在有关领域可望主导未来数十年的技术创新路径。当前，研究人员已发展出一系列独特的量子材料，所涉及的材料种类也逐渐丰富起来。其中比较典型者如，由原子和分子集合体构成的准零维纳米材料量子点，可通过CdS、CdSe、CdTe、ZnSe、InP、InAs等制成。此外，引起业界极大重视的还有内部绝缘、外表导电的拓扑绝缘体，可通过Bi2Se3，Sb2Te3，Bi2Te3等化合物制成。不难看出，所有这些量子材料都有一个共同特点，就是它们全部是固体，不能变形、分割，制造存在一定困难，在应用上也会受到一定限制。当前，虽然人类已能制造出尺寸在1纳米左右的纳米晶体管，但大量这样的晶体管在实现电学互联上存在巨大困难。也因如此，业界有这样的看法，即“缩小晶体管本身并不是解决问题的方法。即使能够制造出数兆亿个分子体积的晶体管，尝试把它们连在一起，结果也许是一团糟。”显然，若能利用液态金属制作出量子材料，其不同于传统的液态金属，也不同于已有的量子材料，将为新兴的量子工程提供重大的核心材料支撑，由此实现更广范围的量子技术应用，甚至推动量子技术产业的跨越式发展。总的说来，具有各种量子行为的液态金属量子材料，可望改观现有液态金属和量子材料的既有技术范畴，同时对于推动纳米电子的快速制造和集成会带来重大突破。
技术实现思路
基于上述
技术介绍
，为克服现有量子材料的局限和改变传统量子材料均以固态颗粒体现而无法变形，以及纳米电子器件不易实现电学互联的现状；本专利技术的目的在于提供一种液态金属量子材料，通过对液态金属纳米颗粒加以特殊处理获得预期量子特性的液态金属量子材料，可用于制作量子器件如可变形量子存储、量子晶体管或更多用途。所述液态金属量子材料，包括内部的量子点颗粒或量子器件，以及包覆在所述量子点颗粒或量子器件外部的液态金属层；或，所述液态金属量子材料包括内部的液态金属纳米液滴，以及包覆在所述液态金属纳米液滴外部的液态金属化合物层。所述液态金属量子材料包括内部的量子点颗粒或量子器件，以及包覆在所述量子点颗粒或量子器件外部的液态金属层；还包括液态金属化合物层；所述液态金属化合物层为所述液态金属的氧化层或所述液态金属化合物反应层；所述氧化层为液态金属在空气或氧气中发生氧化生成；所述化合物反应由液态金属与化合物反应生成；所述化合物为氯化物中的一种，本专利技术优先选用CuCl2、AgCl、NiCl2中一种。所采用的氯化物的浓度为0.01-2mol/L，优选为0.1-1mol/L。本专利技术进一提出地，所述液态金属层与所述量子点颗粒或量子器件的厚度比为1-100∶1；优选为30-70:1。所述液态金属化合物层与所述液态金属层的厚度比为1-100∶1-100；或，所述液态金属化合物层与所述液态金属纳米液滴的厚度比为1-100∶1-100；优选为30-70∶30-70。所述液态金属量子材料的三维方向上的长度为1nm-200nm。其中，三维长度具体为所述液态金属量子材料在立体空间x、y、z三个方向上的尺寸，该尺寸均需要处于量子限域效应范围；所述液态金属量子材料的三维长度取决于选用的液态金属的种类，按材料种类需要予以制作。本专利技术进一步提出的，所述液态金属选自镓、铟、锡、铋、锌、镓基合金、铟基合金、锡基合金、铋基合金、锌基合金或铅基合金中的一种或多种；优选地，所述液态金属选自镓铟、镓锡、铋锡、铟铋、铟锡、镓铟锡、铋铟锡、铋铟锌、铟锡锌、铋锡铜、铋铟镉、镓铟锡锌、铟锡锌铋、铋铟锡银或锌铋银铜合金中的一种或多种。所采用的液态金属为低熔点金属或低熔点金属合金；所述低熔点具体是熔点低于232℃。此类材料可在特定温度下以液体物态形式工作，自身具有天然的导电性或半导体属性。所述液态金属在采用镓基合金、铋基合金或铟基合金时，效果较佳。上述液态金属在常温下即可以液态形式存在，因而对于目标量子材料的制备十分方便；当然，若采用更高熔点金属，也可完成相应目标，但温度维持需要额外措施。因此，采用上述液态金属合金更较少制备工序，节约制备成本。所述镓基合金中镓含量为10wt％-100wt％；所述铋基合金中铋含量为10wt％-95wt％；所述铟基合金中铟含量为10wt％-95wt％；优选地，所述镓基合金中镓含量为50wt％-90wt％；所述铋基合金中铋含量为50wt％-90wt％，所述铟基合金中铟含量为50wt％-90wt％。本专利技术进一步提出的，所述量子点颗粒选自CdS、CdSe、CdTe、ZnSe、InP、InAs、Bi2Se3、Sb2Te3、Bi2Te3中的一种或多种；所述量子点颗粒的直径为1nm-80nm；优选为10nm-50nm。所述量子器件选自单电子纳米碳管晶体管、二硫化钼化合物、硅晶体管、石墨烯等中的一种或多种。本专利技术的又一目的在于提供上述液态金属量子材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)取液态金属，加入含有表面活化剂的溶液中，通过机械注射方法打散至微米级液态金属，采用第一次超声进一步打散至纳米级液态金属；2)在纳米级液态金属中加入量子点颗粒或量子器件，搅拌，和/或第二次超声，即得金属纳米液滴；所述方法还包括步骤3)，具体为：将金属纳米液滴置于空气或氧气中氧化，即得；或将制得的金属纳米液滴加入化合物溶液中，搅拌，即得。所述第二次超声的时间为0.5-5h，频率为0.5～10MHz，功率为0.5-50W。本专利技术还提供了上述不含有量子点颗粒或量子器件的液态金属量子材料的制备方法，包括以下步骤：1)取液态金属，加入含有表面活化剂的溶液中，通过机械注射方法打散至微米级液态金属，采用第一次超声进一步打散至纳米级液态金属；2)将纳米级液态金属液滴置于空气或氧气中氧化，即得；或将纳米级液态金属液滴加入化合物溶液中，搅拌，即得。所述液态金属与所述量子点颗粒或量子器件的质量比为10-100∶1。所述含有表面活化剂的溶液为HCl、水、NaCl或NaOH溶液中的一种，所述表面活化剂溶液的浓度为0.01-2mol/L，优选为0.5-1.5mol/L。所述溶液会与液态金属发生化学反应或者置换反应；可以实现获得更多种类量子材料。为了避免金属液滴的融合，以及辅助制备过程。本专利技术在制备过程，添加了表面活化剂。所述表面活化剂可为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属量子材料，其特征在于，包括内部的液态金属纳米液滴，以及包覆在所述液态金属纳米液滴外部的固体薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种液态金属量子材料，其特征在于，包括内部的液态金属纳米液滴，以及包覆在所述液态金属纳米液滴外部的固体薄膜。2.根据权利要求1所述的液态金属量子材料，其特征在于，所述液态金属纳米液滴中包覆有量子点颗粒或量子器件，作为液态金属层。3.根据权利要求1所述的液态金属量子材料，其特征在于，所述固体薄膜由液态金属的氧化物或液态金属与化合物溶液发生置换反应得到的固体反应物；其中，所述化合物溶液含有金属离子，且所述金属离子的金属活动顺序排在所述液态金属之后；优选地，所述化合物溶液选自CuCl2、AgCl或NiCl2溶液中一种。4.根据权利要求2所述的液态金属量子材料，其特征在于，所述液态金属层与所述量子点颗粒或量子器件的厚度比为1-100∶1；所述固体薄膜与所述液态金属层的厚度比为1-100∶1-100；所述固体薄膜与所述液态金属纳米液滴的厚度比为1-100∶1-100优选地，所述液态金属量子材料的三维方向上的长度为1nm-200nm。5.根据权利要求1所述的液态金属量子材料，其特征在于，所述液态金属选自镓、铟、锡、铋、锌、镓基合金、铟基合金、锡基合金、铋基合金、锌基合金或铅基合金中的一种；优选地，所述液态金属选自镓铟、镓锡、铋锡、铟铋、铟锡、镓铟锡、铋铟锡、铋铟锌、铟锡锌、铋锡铜、铋铟镉、镓铟锡锌、铟锡锌铋、铋铟锡银或锌铋银铜合金中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的液态金属量子材料，其特征在于，所述镓基合金中镓含量为10wt％-100wt％；所述铋基合金中铋含量为10wt％-95wt％；所述铟基合金中铟含量为10wt％-95wt％；优选地，所述镓基合金中镓含量为50wt％-90wt％；所述铋基合金中铋含量为50wt％-90wt％，所述铟基合金中铟含量为50wt％-9...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，
申请(专利权)人：北京梦之墨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11