[发明专利]镍铋杂化纳米线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种杂化纳米线及其制备方法，特别涉及半金属铋与磁性金属镍组成的杂化纳米线及其制备方法。

背景技术

常见制备一维纳米线的材料有很多种，比如半导体材料硫化镉(CdS)、氧化锌(ZnO)、单晶硅(Si)，金属材料金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)等，半金属材料铋(Bi)、锑(Sb)，以及种类繁多的有机物材料。同时，也有报道以两种或两种以上的金属或非金属所组成的具有金属特性的合金纳米线。如2003年的美国《化学材料》杂志就报道了有序的镍和铜的合金纳米线(Ordered Ni-Cu Nanowire Array with Enhanced Coercivity，Chem.Mater.2003，15，664-667)，该纳米线是利用脉冲电化学沉积技术在氧化铝模板内合成得到的，其较强的矫顽磁力在垂直记忆器件中有良好的应用前景。

与合金纳米线不同，两种及两种以上纯物质(元素或化合物)没有经化学合成而组成的纳米线被称为杂化纳米线，因其在新一代纳米传感器件中有着潜在的应用前景而受到了人们的广泛关注。目前，为了探索和拓展杂化纳米线的内涵、制备方法和应用，人们作了一些尝试和努力。如2006年英国《纳米技术》杂志报道了金纳米颗粒附着在氮化镓纳米线上的杂化纳米线(Transport properties of hybrid nanoparticle nanowire systems andtheir application to gas sensing，Nanotechnology 2006，17，4135-4142)，其制备方法是通过离子束增强化学气相沉积在氮化镓纳米线上生长金纳米颗粒。所述的杂化纳米线杂化结构通过在金纳米颗粒的作用下甲烷气体在氮化镓纳米线表面的感应，进而感应到甲烷气体。这种结构在纳米传感器中有潜在的应用。但是，这种杂化纳米线的结构及其制备方法还存在着不足，如这种金纳米颗粒杂化氮化镓纳米线的结构复杂，制备过程也较为复杂，对操作性要求苛刻；再者，金纳米颗粒仅仅分布在氮化镓的表面，气敏性相对较低。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种镍铋的杂化纳米线，该杂化纳米线是由功能材料半金属铋和磁性金属镍组成的，其中铋作为半金属，在量子限域效应下发生半金属-半导体转变而体现半导体性能，表明实验合成的铋和镍杂化纳米线在光电和热电纳米器件有着良好的应用前景。

本发明的另一个目的在于，提供一种制备本发明所述的镍铋的杂化纳米线的方法。该制备方法简单、成本低廉、效率高等优点。

本发明的又一个目的在于，提供一种本发明所述的镍和铋的杂化纳米线的应用。

一方面，本发明提供一种杂化纳米线，该杂化纳米线由镍和铋组成，而且镍与铋的原子数量比为1∶0.5～1∶5，优选为1∶3。

优选地，所述杂化纳米线的直径为15～200nm，优选为50～100nm，更优选为75nm。

优选地，所述杂化纳米线的径向长度10nm～100μm。

另一方面，本发明提供了一种制备本发明所述的杂化纳米线的方法，该方法包括以下步骤：

(1)先将铝片置于0.1～0.4M的酸溶液中，在10～160V直流电压下作为阳极氧化6～24小时，然后将铝片置于50～70℃的混和溶液中浸泡8～12小时，其中基于该混合溶液的总重量计算，该混合溶液包含4～8％(重量)的磷酸和1.6～2％(重量)的铬酸；

(2)用四氯化锡溶液去除铝片中衔接氧化铝模板孔而未氧化的铝层，再用磷酸溶液腐蚀掉位于氧化铝模板孔底部的氧化铝层得到具有通孔的氧化铝模板；

(3)在步骤(2)制备的具有通孔的氧化铝模板的一面上蒸镀金膜；

(4)将步骤(3)得到的蒸镀金膜的氧化铝模板置于镍和铋的混合电镀液中进行电沉积，在氧化铝模板通孔生成杂化纳米线；以及

(5)将步骤(4)中得到的通孔含有杂化纳米线的氧化铝模板置于强碱溶液中腐蚀掉氧化铝模板，得到杂化纳米线。

优选地，所述步骤(1)中的铝片纯度≥99.999％；酸溶液为硫酸溶液、草酸溶液或磷酸溶液；

优选地，所述步骤(1)重复进行两次，再进行步骤(2)。

优选地，所述步骤(2)中的磷酸溶液为3～10％(重量)。

优选地，所述氧化铝模板的孔径为15～200nm；所述金膜的厚度为30～250nm。

优选地，所述蒸镀金膜采用选自真空镀膜工艺、真空溅射工艺、电子束蒸发工艺和离子束沉积工艺中的一种。