[发明专利]一种半弧形Bi2Se3超薄纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料，具体是一种半弧形Bi2Se3超薄纳米片的制备方法。

背景技术

Bi₂Se₃是一种重要的功能材料，得益于其优良的各向异性层状结构，它具有的优良光电、热电性能和整流效应而被应用于热电和光电子器件。最近，Bi₂Se₃作为一种拓扑绝缘体材料受到微电子领域的关注，这类材料的表面态具有金属性能，表面态电子在不加外场的情况下能形成自旋电子流，在自旋电子器件有潜在的应用。纳米尺度的Bi₂Se₃由于尺寸小，表现出比块体材料更加优越的光电磁性能，厚度仅几纳米的拓扑绝缘体不但具有奇特的物理性质，而且还是拓扑绝缘体应用于平面器件的基础。另外，作为拓扑绝缘体还具有以下优点：

拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完全不同与传统概念上的“金属”和“绝缘体”，它是一种内部绝缘，界面允许电荷移动的材料。这类材料有独特的优点：1、它们是纯的化学相，非常稳定且易合成；2、这类材料表面态中只有一个狄拉克点存在，是最简单的强拓扑绝缘体，这种简单性为理论模型的研究提供了很好的平台；3、该材料的体能隙非常大，特别是Bi₂Se₃，大约是0.3eV(等价于3600k)，远远超出室温能隙尺度，这也意味着有可能实现室温低能耗的自旋电子器件，应用前景看好，属于热点研究领域；4、可以帮助确定基本物理常数，如光速、质子电荷和普朗克常数。

薄膜(平面)形态的拓扑绝缘体的一个突出优点是，其电子和自旋结构受厚度、表面、界面等因素影响很大，因此，可以方便地通过控制这些参数来剪裁拓扑绝缘体的电子和自旋结构，这对拓扑绝缘体的研究和应用都具有很重要的意义。此外，现在的半导体工业主要是基于平面工艺，生长在基底上的平面拓扑绝缘体纳米材料将更容易采用传统的半导体技术工艺加工成器件，投入实际应用。

发明内容

本发明目的就是提供一种半弧形Bi₂Se₃超薄纳米片的制备方法，该方法设备简单，能耗低，适合大规模生产；同时用该法制备的半弧形Bi₂Se₃超薄纳米片可作为微电子器件中的纳米弧形导线，为设计新颖的电子器件提供材料等，合成步骤少，操作简单，制得物性能优良。

本发明实现其发明的目所采用的技术方案是：一种半弧形Bi2Se3超薄纳米片的制备方法，其具体作法是：

a、配制混合溶液

分别称量1mmol Bi(NO)₃·5H₂O，1.5mmol Se，1mmol Na₂SO₃,将其混合后放入高压釜内衬。在高压釜内衬中加入80mL乙醇，用玻璃棒搅拌越5min。

b、水热反应

封闭高压釜后，将其放入箱式炉加热至200°C，12h，待自然冷却后取出。

c、离心过滤

将b步反应后所得的溶液超声5-8分钟，1000转/分离心过滤，将滤液于80°C下干燥得灰黑色产物，即为半弧形Bi₂Se₃超薄纳米片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用液相沉淀法，直接以硒粉为硒源，以Na₂SO₃作稳定剂、配位剂和还原剂，Bi(NO)₃·5H₂O提供Bi³⁺，在200℃下反应生成半弧形Bi₂Se₃超薄纳米片。本发明方法在低温液态下反应，操作简单，反应温和，耗能小，对设备无特殊要求，适合大规模生产。实验证明，制得的半弧形Bi₂Se₃超薄纳米片结构漂亮，尺寸在100-300nm，厚度在20nm左右，呈明显的弧形结构。

制得的半弧形Bi₂Se₃超薄纳米片，可为新型的热电材料和拓扑绝缘体材料，有望表现出独特的光、电、磁等物理特性。同时，可以设计新型的微电子器件，如量子计算机等。

下面结合附图和具体的实施方式，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例一制备的半弧形Bi₂Se₃超薄纳米片的扫描照片(SEM)。