铋／铋锑外延超晶格纳米线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铋／铋锑外延超晶格纳米线及其制备方法。纳米线为铋纳米线与铋锑纳米线外延连接成直径为３０～１２０ｎｍ的铋／铋锑超晶格纳米线，其中的铋纳米线和铋锑纳米线的每段长度分别为３～９９ｎｍ和３～９９ｎｍ，铋锑纳米线中的铋含量为８０～５０％、锑含量为２０～５０％；方法为先使用氯化铋、氯化锑、盐酸、酒石酸、柠檬酸、氯化钠和丙三醇配制成电沉积液，再将镀有金膜的多孔氧化铝模板作为阴极，置于电沉积液中于两组交替串接的脉冲电压下进行电沉积，最后将电沉积有铋／铋锑外延超晶格纳米线的多孔氧化铝模板置于强碱溶液中腐蚀掉氧化铝模板，制得铋／铋锑外延超晶格纳米线。纳米线可广泛地用于温差发电和热电制冷等领域，方法易于实施，适于大规模的工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超晶格纳米线及制备方法，尤其是一种。
技术介绍
铋(Bi)基一维热电材料由于铋的高度各向异性的椭球形的电子费米面，导带与 价带小的能带重叠(在77K时为38meV)，原子质量大，通过和其它元素如锑(Sb)、碲(Te)、 锡(Sn)等进行化合可以使其性能有很大的改善等优异性能而成为热电研究的宠儿。目前， 人们为了获得它，作了 一些尝试和努力，如在2004年第五届中国功能材料及其应用学术会 议论文集II第3087 3089页报道了李亮等发表的题为《单晶铋纳米线阵列的可控生长》 的文章，该文公开了一种单晶铋纳米线阵列的制备方法。它是采用脉冲电化学沉积技术，利 用同一直径的氧化铝模板，通过调节脉冲参数制备出了不同直径的单晶铋纳米线阵列。然 而，该方法中没有公开铋锑纳米线，并且也未公开铋/铋锑外延超晶格纳米线的具体制备 步骤，也即该方法有着既制备不出铋锑纳米线，更制备不出铋/铋锑外延超晶格纳米线的 不足。而超晶格纳米线结构热电材料由于其相比较于普通的单质和合金纳米线结构具有更 高的优值系数，从而在温差发电和热电制冷等许多重要领域都有潜在的应用前景。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种铋纳米线与铋 锑纳米线外延连接的铋/铋锑外延超晶格纳米线。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种外延生长的周期、成分、直径可控的 铋/铋锑外延超晶格纳米线的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为铋/铋锑外延超晶格纳米线包 括铋纳米线，特别是，所述铋纳米线与铋锑纳米线外延连接成铋/铋锑超晶格纳米线；所述铋/铋锑超晶格纳米线的直径为30 120nm，其中的铋纳米线的每段长度为 3 99nm、铋锑纳米线的每段长度为3 99nm ；所述铋锑纳米线中的铋含量为80 50%、锑含量为20 50%。作为铋/铋锑外延超晶格纳米线的进一步改进，所述的铋/铋锑超晶格纳米线中 的铋纳米线和铋锑纳米线的段数均为3 10000段；所述的铋/铋锑超晶格纳米线位于多 孔氧化铝模板中。为解决本专利技术的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为铋/铋锑外延超 晶格纳米线的制备方法包括脉冲电化学沉积法，特别是完成步骤如下，步骤1，先将浓度为0. 02 0. 06M的氯化铋和浓度为0. 06 0. IM的氯化锑溶于 浓度为0. 08 0. 12M的盐酸中，得的混合溶液，再向搅拌下的混合溶液中依次加入浓度为 0. 25 0. 29M的酒石酸、浓度为0. 22 0. 26M的柠檬酸和浓度为0. 1 0. 14M的氯化钠，待其溶解后加入浓度为0. 08 0. 12M的丙三醇，并继续搅拌至少lh，之后，用碱溶液调节其 PH值为0. 8 0. 84，得到电沉积液； 步骤2，将一面镀有金膜的多孔氧化铝模板作为阴极，置于温度为30 40°C的电 沉积液中，于脉冲电压下进行电沉积，所述脉冲电压由两组交替串接的脉冲构成，其中的一 组脉冲为相互间隔的脉冲延迟电压与铋脉冲沉积电压、另一组脉冲为相互间隔的脉冲延迟 电压与铋锑脉冲沉积电压，所述脉冲延迟电压的脉冲宽度为12ms、电压为0V，所述铋脉冲 沉积电压的脉冲宽度为8ms、电压为-1. 4 -1. 6V，所述铋锑脉冲沉积电压的脉冲宽度为 8ms、电压为-1. 7 -2V ；步骤3，将电沉积有铋/铋锑外延超晶格纳米线的多孔氧化铝模板置于强碱溶液 中腐蚀掉氧化铝模板，制得铋/铋锑外延超晶格纳米线。作为铋/铋锑外延超晶格纳米线的制备方法的进一步改进，所述的碱溶液为浓度 为0. 05M的氢氧化钠溶液或浓度为0. IM的氨水；所述的金膜的厚度为150 250nm ；所述 的多孔氧化铝模板的孔径为30 120nm ；所述的电沉积时的阳极为石墨；所述的每组铋脉 冲沉积电压的累计脉冲宽度为1 33s，每组铋锑脉冲沉积电压的累计脉冲宽度为0. 3 IOs ；所述的强碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液或氢氧化锂溶液。相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的产物分别使用透射电子显微镜、 X-射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜及所附带的能谱测试仪来进行形态、结构、成分、结 晶质量和外延性的表征，从得到的透射电镜照片、X-射线衍射谱图、扫描电镜照片和扫描能 谱图可知，产物为呈有序排列的众多的纳米线。纳米线是由两种不同的物质交替构成，即由 铋纳米线与铋锑纳米线外延连接成直径为30 120nm的铋/铋锑超晶格纳米线，其中，铋 纳米线和铋锑纳米线的段数均为3段以上，铋纳米线的每段长度为3 99nm、铋锑纳米线 的每段长度为3 99nm，铋锑纳米线中的铋含量为80 50%、锑含量为20 50%。铋/ 铋锑超晶格纳米线的结晶性良好，其择优取向与优化所得方向一致，界面清晰，且为外延生 长；其二，制备方法使用科学的原料配比及配制步骤来获得电沉积液，以及采用可控的脉冲 电化学沉积，即通过控制电沉积的时间来控制每段铋纳米线或铋锑纳米线的长度，通过控 制电沉积电压的高低来控制铋锑纳米线中的铋与锑的成分比例，带来了精确地制备外延生 长的周期、成分、直径可控的铋/铋锑超晶格纳米线的技术路线的技术效果；其三，制备方 法易于实施，适于大规模的工业化生产。方法中的沉积温度低，可控的脉冲电化学沉积法除 适宜于制备高质量的外延生长的铋/铋锑超晶格纳米线之外，还可拓展到其他超晶格纳米 线的制备。作为有益效果的进一步体现，一是铋/铋锑超晶格纳米线中的铋纳米线和铋锑纳 米线的段数均优选为3 10000段，完全满足了实际应用的需要；二是铋/铋锑超晶格纳米 线优选位于多孔氧化铝模板中，利于其的实际应用；三是碱溶液优选为浓度为0. 05M的氢 氧化钠溶液或浓度为0. IM的氨水，易于获得所需pH值的电沉积液；四是金膜的厚度优选为 150 250nm，便于铋/铋锑超晶格纳米线的电沉积；五是每组铋脉冲沉积电压的累计脉冲 宽度优选为1 33s，每组铋锑脉冲沉积电压的累计脉冲宽度优选为0. 3 10s，确保了铋 /铋锑超晶格纳米线中的铋纳米线的每段长度为3 99nm、铋锑纳米线的每段长度为3 99nm ；六是强碱溶液优选为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液或氢氧化锂溶液，不仅使得原料 的来源较为丰富，还使制备工艺更易实施且灵活。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是对制得的产物使用JE0L-2010型透射电子显微镜(TEM)进行观察后摄得的EM照片之一。由该TEM照片可看出，纳米线是由多段线状物相串接而成，其中，深色段为铋 纳米线，浅色段为铋锑纳米线；图2是对制得的产物分别使用JE0L-2010型透射电子显微镜(TEM)和Philips Pff 1700x型X-射线衍射(XRD)仪进行观察和测试后得到的TEM照片之一和XRD谱图之一。其 中，图2a为TEM照片，由其可看出纳米线是由不同段的线状物串接成的。图2b为图2a中方 框部位的高分辨TEM照片，由其中的条纹相分析可知，该纳米线沿方向生长，且从该 高分辨TEM照片上观察不到空位和位错，这表明了外延生长晶格的匹配。图2c为图2a中 方框部位的选区电子衍射图，由此电子衍射图同样可以看出该纳米线沿方向生长， 而从方向衍射点的放大图可以看出衍射点出现分离，且越来越大，是外延周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铋／铋锑外延超晶格纳米线，包括铋纳米线，其特征在于：　　所述铋纳米线与铋锑纳米线外延连接成铋／铋锑超晶格纳米线；　　所述铋／铋锑超晶格纳米线的直径为３０～１２０ｎｍ，其中的铋纳米线的每段长度为３～９９ｎｍ、铋锑纳米线的每段长度为３～９９ｎｍ；　　所述铋锑纳米线中的铋含量为８０～５０％、锑含量为２０～５０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：窦新存，李广海，雷和畅，李亮，黄小虎，
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]