專利名稱：一種AgSbTe₂單晶納米線陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三元合金化合物半導體納米材料的制備方法，具體地說是一種AgSbTe2單晶納米線陣列的制備方法，具有單相結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在科技高速發(fā)展的今天，人們必然對材料提出新的需求，元器件的小型化、高密度集成、高密度存儲等促使材料的研究向更小尺寸方向發(fā)展。另一方面，隨著納米科技的發(fā)展，人們需要對一些介觀尺度的物理現(xiàn)象，如納米尺度的結(jié)構(gòu)、光學、磁學以及與低維相關(guān)的量子尺寸效應(yīng)等現(xiàn)象進行深入的研究。自從1991年碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來，對其他一維納米材料的制備和表征吸引了許多科技領(lǐng)域的科學家們的極大興趣。納米線、納米棒、納米帶和納米絲是一維納米結(jié)構(gòu)家族中的重要成員，它們?yōu)檠芯侩妭鬏敗⒐鈱W和其他性質(zhì)同維度和尺寸限制的關(guān)系提供了模型。為了獲得納米線，許多物理的和化學的制備方法已經(jīng)被開發(fā)，例如物理方法有熱蒸發(fā)、納米刻蝕和其他納米圖案化技術(shù)，化學方法包括化學氣相沉積、溶劑熱、水熱和碳熱還原等方法。在這些方法中，用陽極氧化鋁膜(AAM)作模板的模板基合成法，是制作納米線的有效和廉價方法。氧化鋁模板具有高度有序的準一維納米孔結(jié)構(gòu)，為有序納米線陣列的限域生長提供了一種理想前提條件，從而在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了人工裁剪，在性能上實現(xiàn)了寬范圍的調(diào)制，這對納米器件的發(fā)展具有重大的意義。AgSbTe2是1-V-VI2類三元化合物的代表之一，也是一種典型的窄帶隙半導體，其理論禁帶寬度僅為7meV。AgSbTe2化合物具有極低的熱導率和較大的Seebeck系數(shù)，因此被看作一種有前途的中溫熱電轉(zhuǎn)換材料，吸引了各國學者的廣泛關(guān)注與研究。由于其獨特的結(jié)構(gòu)和光學特性，它也被廣泛應(yīng)用于光學相變材料。AgSbTe2可以被看作是Ag2Te和Sb2Te3的固溶體，有關(guān)Ag2Te和Sb2Te3的偽二元相圖研究表明AgSbTe2是高溫亞穩(wěn)相，單相的AgSbTe2存在于Ag2Te/Sb2Te3摩爾比值小于I的某一組成范圍內(nèi)。由于相組成和摻雜量很難控制，單相的AgSbTe2很難被`
目前研究表明，AgSbTe2的微結(jié)構(gòu)和性能對其成分和結(jié)晶狀態(tài)的依賴非常敏感，這使得制備單相AgSbTe2成為一個富有挑戰(zhàn)性的工作。為了獲得純AgSbTe2, —些方法被采用，例如單質(zhì)直接熔融法、熔化-促冷法、機械合金化法以及高溫高壓法等。然而，用這些方法制備的產(chǎn)品大都包含少量的Ag2Te或Sb2Te3,且這些方法涉及高溫熔化及反應(yīng)，是時間和能量的巨大耗費。另外，目前有關(guān)AgSbTe2的研究主要集中在塊體和薄膜材料，AgSbTe2納米線及其陣列還沒有被報道過。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種AgSbTe2單晶納米線陣列的制備方法，通過簡單的直流電沉積技術(shù)制備得到單晶AgSbTe2納米線陣列。本發(fā)明是利用直流電沉積技術(shù)在孔洞均勻一致的陽極氧化鋁模板中電化學沉積得到沿著[100]方向生長的立方晶體結(jié)構(gòu)的AgSbTe2單晶納米線陣列。
本發(fā)明AgSbTe2單晶納米線陣列的制備方法，包括多孔氧化鋁模板的制備、電解液的配制、電化學沉積以及后處理各單元過程:所述多孔氧化鋁模板的制備是采用二次陽極氧化法通過常規(guī)工藝制備多孔氧化鋁模板，所述多孔氧化鋁模板中均布孔徑50nm的納米孔，多孔氧化鋁模板的厚度為40 μ m ;在所述多孔氧化鋁模板的反面通過真空蒸鍍沉積一層200nm厚的金膜，得到鍍金氧化鋁模板；所述電解液的配制是配制濃度為Ο^βπιοΙ.Γ1的酒石酸水溶液即為緩沖溶液，向所述緩沖溶液中加入Te02、KSbOC4H4O6.1/2H20和AgNO3,使得緩沖溶液中Te02、KSbOC4H4O6.1/2Η20 和 AgNO3 的濃度分別為 lmmol.L \0.5mmoI.L 1 和 0.5mmoI.L S 攬祥混合均勻得到電解液；所述電化學沉積是以鍍金氧化鋁模板為陰極，以石墨作為陽極，在所述電解液中通過電化學沉積得到單晶AgSbTe2納米線陣列，電化學沉積時的溫度為室溫，時間為8小時，電壓為恒壓0.9V。單晶AgSbTe2納米線陣列嵌在多孔氧化鋁模板中，洗滌并干燥后可通過NaOH溶液腐蝕除去多孔氧化鋁模板。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:1、本發(fā)明中基體材料多孔氧化鋁模板具有耐酸堿、可見光透明的特點，具有高度有序的準一維納米孔結(jié)構(gòu)，孔徑易于控制、可以規(guī)?；a(chǎn)，從而為其廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2、本發(fā)明將直流電沉積技術(shù)與多孔氧化鋁模板有機結(jié)合，制備較為理想的一維半導體納米材料。3、本發(fā)明可以獲得沿 [100]方向擇優(yōu)生長的單晶AgSbTe2納米線陣列，晶胞參數(shù)為 a=0.3039nm。4、本發(fā)明方法是在室溫、敞開體系的溫和條件下進行的，設(shè)備簡單，操作方便，易于推廣。
四

圖1為本發(fā)明雙電極沉積裝置示意圖。其中I銅電極，2鍍金多孔氧化鋁模板，3電解液，4石墨。圖2為本發(fā)明多孔氧化鋁模板的掃描電鏡圖(FE-SEM)。從圖2中可以看出本發(fā)明多孔氧化招|吳板具有聞度有序的納米孔結(jié)構(gòu)。圖3為本發(fā)明單晶AgSbTe2納米線陣列的X射線衍射圖(XRD)。圖3表明通過本發(fā)明方法，0.9V電壓下沉積生長在多孔氧化鋁模板中的AgSbTe2納米線在[100]方向上優(yōu)先生長，形成單晶納米線陣列且具有良好的晶體結(jié)構(gòu)。圖4為本發(fā)明單晶AgSbTe2納米線陣列的X射線能譜圖(EDS)。圖4表明本發(fā)明方法制備得到的納米線是AgSbTe2單相化合物，其元素含量符合化合物AgSbTe2的化學計量比。圖5為本發(fā)明單晶AgSbTe2納米線陣列的掃描電鏡圖(SEM)。圖6為本發(fā)明單晶AgSbTe2納米線陣列的局部放大掃描電鏡圖(SEM)。圖5和圖6分別表明本發(fā)明中所得產(chǎn)物是長度為8 μ m，直徑為50nm納米線。
圖7為本發(fā)明單晶AgSbTe2納米線的透射電鏡圖(TEM)，插圖為選區(qū)電子衍射和高分辨透射電鏡圖。圖7表明本發(fā)明方法制備得到的AgSbTe2納米線均勻而光滑且直徑為50nm，其電子衍射花樣表明AgSbTe2納米線為單晶結(jié)構(gòu)，衍射斑點(002)，(022)和(020)與立方晶系結(jié)構(gòu)AgSbTe2的標準圖譜JCPDS =65-5854相一致；高分辨晶格像照片表明本發(fā)明方法制備得到的AgSbTe2納米線具有很高的結(jié)晶質(zhì)量。
五具體實施例方式本發(fā)明AgSbTe2單晶納米線陣列的具體制備過程如下:1、多孔氧化鋁模板的制備:采用二次陽極氧化法，在0.3mol.Γ1的硫酸溶液中制備得到多孔氧化鋁模板，氧化電壓為25V，多孔氧化鋁模板中均布孔徑為50nm的納米孔，多孔氧化鋁模板的厚度為40 μ m ;在多孔氧化鋁模板的反面采用真空蒸鍍的方法沉積一層200nm厚的Au膜，得到鍍金氧化鋁模板。2、電解液的配制:配制濃度為0.23mol.L—1的酒石酸水溶液即為緩沖溶液，向所述緩沖溶液中加入 Te02、KSb0C4H406.1/2Η20和 AgNO3，使得緩沖溶液中 TeO2、KSbOC4H4O6.I/2Η20和AgNO3的濃度分別為lmmol.L'0.5mmol.L—1和0.5mmol.L_\用磁攪拌器攪拌2個小時，得到電解液；3、沉積裝置:采用雙電極沉積裝置，以鍍金氧化鋁模板為陰極，以石墨作為陽極，沉積電壓由恒壓電源提供，具體裝置見圖1。4、電化學沉積:以鍍金氧化鋁模板為陰極，以石墨為陽極，恒壓電源為0.9V，在室溫下經(jīng)8個小時的電化學沉積，得到長度為8 μ m的單晶AgSbTe2納米線陣列，該陣列嵌在氧化鋁模板中。5、AgSbTe2納米線陣 列的表征:沉積后的氧化鋁模板經(jīng)清洗、晾干后，除去模板周圍鋁基體，然后進行XRD測試；利用NaOH溶液對已經(jīng)失去周圍鋁基體并鍍有AgSbTe2單晶納米線的氧化鋁模板進行不同程度的腐蝕后，進行FE-SEM測試；利用NaOH溶液對已經(jīng)失去周圍鋁基體并鍍有AgSbTe2單晶納米線的氧化鋁模板徹底腐蝕掉，清洗干凈后在酒精中超聲分散5分鐘，即可進行EDS分析和TEM、HRTEM測試。圖2為本發(fā)明多孔氧化鋁模板的掃描電鏡圖(FE-SEM)。從圖2中可以看出本發(fā)明多孔氧化招|吳板具有聞度有序的納米孔結(jié)構(gòu)。圖3是本發(fā)明單晶AgSbTe2納米線陣列的XRD衍射圖。圖3表明通過本發(fā)明方法，
0.9V電壓下沉積生長在多孔氧化鋁模板中的AgSbTe2納米線在[100]方向上優(yōu)先生長，形成單晶納米線陣列且具有良好的晶體結(jié)構(gòu)。圖4是本發(fā)明AgSbTe2納米線的EDS譜圖，圖4表明本發(fā)明方法制備得到的納米線是AgSbTe2化合物，其元素含量符合化合物AgSbTe2的化學計量比。圖5、圖6是對填有AgSbTe2納米線的模板進行腐蝕后的SEM圖，圖5和圖6分別表明本發(fā)明中所得產(chǎn)物是長度為8μπι，直徑為50nm納米線。圖7是單根AgSbTe2納米線透射電鏡圖及其電子衍射花樣和高分辨晶格像照片，圖7表明本發(fā)明方法制備得到的AgSbTe2納米線均勻而光滑且直徑為50nm，其電子衍射花樣表明AgSbTe2納米線為單晶結(jié)構(gòu)，衍射斑點(002)，(022)和(020)與立方晶系結(jié)構(gòu)AgSbTe2的標準圖譜JCPDS:65-5854相一致；高分辨晶格像照片表明本發(fā)明方法制備得到的AgSbTe2納米線具 有很1 的結(jié)晶質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種AgSbTe2單晶納米線陣列的制備方法，包括多孔氧化鋁模板的制備、電解液的配制、電化學沉積以及后處理各單元過程，其特征在于: 所述多孔氧化鋁模板的制備是采用二次陽極氧化法制備多孔氧化鋁模板，所述多孔氧化鋁模板中均布孔徑50nm的納米孔，在所述多孔氧化鋁模板的反面通過真空蒸鍍沉積一層200nm厚的金膜，得到鍍金氧化鋁模板；所述電解液的配制是配制濃度為0.23mol.L—1的酒石酸水溶液即為緩沖溶液，向所述緩沖溶液中加入 Te02、KSb0C4H406.1/2Η20和 AgNO3，使得緩沖溶液中 TeO2、KSbOC4H4O6.I/2Η20和AgNO3的濃度分別為lmmol.L'0.5mmol.L—1和0.5mmol.L_\攪拌混合均勻得到電解液；所述電化學沉積是以鍍金氧化鋁模板為陰極，以石墨作為陽極，在所述電解液中通過電化學沉積得到單晶AgSbTe2納米線陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于: 電化學沉積的溫度為室 溫，時間為8小時，電壓為0.9V。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種AgSbTe2單晶納米線陣列的制備方法，是在孔洞均勻一致的陽極氧化鋁模板中，利用直流電沉積技術(shù)，制備得到沿著[100]方向生長的立方晶體結(jié)構(gòu)的AgSbTe2單晶納米線及其陣列，晶胞參數(shù)為a=0.3039nm。本發(fā)明方法是在室溫、敞開體系的溫和條件下進行的，設(shè)備簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C30B29/62GK103074687SQ201310029729
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者楊友文, 李天應(yīng), 朱文斌, 馬東明 申請人:合肥工業(yè)大學