[发明专利]强磁场诱导合成单晶铋纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种强磁场诱导合成单晶铋纳米线的方法，属物理场作用下制备纳米材料工艺技术领域。

背景技术

自从碳纳米管发现以来，一维纳米材料，诸如金属Au，Ag和其它一些氧化物，氮化物，硫化物的纳米线，纳米棒和纳米管，由于其独特的光学性质和量子尺寸效应，在相关量子元器件方面有着广泛的应用前景，因而受到研究人员的极大关注。

铋在所有的金属中，抗磁性最强，热导最小，电阻较大，具有最大的霍尔效应。相应的就表现出特殊的物理化学效应。具体的说，其费米能级表面各向异性倾向性很强，具有很低的载流子浓度，很小的有效电子质量(0.001me)，有效自由程很长(4K时约为0.4mm)，因此其量子效应表现得异常明显，成为研究低维物理现象中理想的材料之一。近期Dresselhaus小组通过理论计算得出，铋纳米线的直径在65nm时，就会表现出从半金属到半导体性质的转变。相关实验结果表明，当铋纳米线的直径低于50nm时，就呈现出半导体性质，可以预计的是，直径较小的铋纳米线具有较优良的热电性能。

关于铋纳米线合成有较多的报道，如以模板生长为特征的“电沉积法”、“真空压力灌注法”、“气相模板法”、“复合膜模板挤压法”，这些方法中有的需要较为苛刻的条件，有的后处理比较麻烦(除去模板等)、有的工序比较复杂、有的所产生的纳米线直径不能满足量子线的要求；在此基础上，中国科大陈乾望等利用溶剂热反应，在乙二胺和丙酮中还原硝酸铋制得铋纳米线，清华大学李亚栋等利用多元醇路线的溶剂热还原法制得铋纳米线，这两种方法不需要模板、反应温度低、手段简单、易于控制。本发明在多元醇路线的基础上，把此反应放在强磁场中进行，结果发现同样浓度配比的反应物，在非磁场下的产物为300-500nm直径的纳米球，而在强磁场下获得的产物为Bi纳米线(直径40纳米，长度10-50微米)，可见，强磁场极大地增强了这种材料各向异性的生长。本发明首次发现强磁场能够诱导一维纳米线的合成，且该方法简便、安全、可重复性高、产量高、结晶性好，也为不易于长成纳米线的材料提供了一种新的手段和思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种在强磁场诱导下合成单晶铋纳米线的方法。

本发明一种强磁场诱导合成单晶铋纳米线的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a、称取一定量的铋酸钠，放置于烧杯中，再加入一定量的乙二醇于烧杯中，并用高速搅拌机剧烈搅拌30分钟；铋酸钠与乙二醇的用量配比为：每1克铋酸钠配以90毫升乙二醇；

b、将搅拌均匀的混合溶液转移至具有四氟乙烯内衬的反应釜中，并将其密封；

c、将所述反应釜置于通用的磁场发发生装置中，施加的磁场强度为4～8T(斯特拉)，并加热至210℃，在该温度下反应24小时；

d、反应完成后，待反应釜冷却至室温；卸压、开釜、离心分离，得到黑色沉淀反应物；

e、然后分别用乙醇和蒸馏水依次清洗上述的黑色沉淀，并在60℃温度下真空干燥2小时，最终获得单晶铋纳米线。

本发明采用了能够诱导各向异性生长的外场，此外场加剧了Bi一维纳米线的形成，提高了产量，也为不易于长成纳米线的材料提供了一种新的手段和思路；且该方法简便、安全、可重复性高、产量高、产物结晶性好。合成得到的铋纳米线可广泛应用于物理，化学，材料，微电子等领域。

附图说明

图1为本发明在8T磁场强度下制备得到的铋纳米线的X射线粉末衍射图(XRD)。

图2为本发明在8T磁场强度下制备得到的铋纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图3为本发明在4T磁场强度下制备得到的铋纳米线X射线粉末衍射图(XRD)。

图4为本发明在4T磁场强度下制备得到的铋纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图5为本发明在8T磁场强度下制备得到的铋纳米线的透射电子显微镜(TEM)照片。

图6为本发明在8T磁场强度下制备得到的铋纳米线的选区电子衍射花样图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

a.称量0.2g的铋酸钠，加入含有18mL的乙二醇的烧杯中，剧烈搅拌30分钟；

b.将搅拌均匀的混合溶液转移到容积为22mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，密封；

c.将该反应釜置于8T磁场中，210℃下反应24小时；

d.反应完成之后，待反应釜冷却到室温，卸压，开釜，离心分离反应得到的黑色沉淀；