[发明专利]一种制备铋纳米线阵列式热电材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电材料、半导体材料的制备，具体地说是一种制备具有周期性排列Bi纳米线的热电材料方法。

技术背景

铋是典型的半金属材料，由于具有高度各相异性的费米面、非常小的电子有效质量、大的载流子平均自由程和半金属-半导体转变等特性，因而在热电、传感器和巨磁阻等领域有着极其广泛的应用前景。理论研究表明：由于量子限域效应作用，随着材料维度的降低，铋的热电性能会有显著的提高。另外，随着纳米线直径和取向的改变，铋的电输运和热电性能会有明显的差异。因此，探索铋纳米的直径和取向的可控生长非常重要，同时，可控生长的本身也是当前纳米材料研究所面临的一个新的挑战。当前通过氧化铝模板制备铋纳米线阵列主要是通过脉冲电流沉积或者直流电沉积方式。直流电制备填充纳米线的填充率低，而且纳米线尺寸多样，不能控制大面积单一尺寸。脉冲电沉积方法则对沉积时间控制不准确，而且沉积的电位只能到两个电位沉积。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种制备铋纳米线阵列式热电材料的方法，其步骤简单，可控性强，成本低，所得热电材料具有铋纳米线阵列式结构。

本发明的目的是这样实现的：

一种制备铋纳米线阵列式热电材料的方法，该方法包括以下具体步骤：

a)、把氧化铝(AAO)模板切成1cm×2cm的片状，在酒精溶液中超声清洗洁净。

b)、配制电沉积溶液，该溶液由8g/l～12g/l BiCl3、40g/l～55g/l酒石酸、90g/l～100g/l甘油和45g/l～55g/lNaCl溶液组成，溶液的pH值用稀盐酸调节至0.8～1.2。

c)、对上述氧化铝模板采用多电位阶跃进行电沉积，阶跃一：-1～-1.5v阶跃时间20ms～60ms；阶跃二：0V阶跃时间10～20ms；阶跃三：1～1.5V阶跃时间20ms～60ms为一个周期，循环阶跃周期，沉积时间控制在100～140分钟。

d)、电沉积结束后，将模板取出，放置去离子水中，进行超声清洗后，再放置于0.5mol/l的NaOH溶液中，静置30～50分钟去除氧化铝膜。

e)、将d步骤溶液蒸馏，得白色粉末状铋纳米线阵列式热电材料。

所述氧化铝模板可以采用自制的，也可以采用商业模板，其模板孔径为50～200nm，孔率至少50％，膜厚至少60um。

本发明的有益效果是：(1)步骤极其简单，可控性强，成本低，重复性好，可以大面积沉积；(2)合成的周期性的阵列形式填充的Bi纳米线，周期性好，填充率高，线与线之间的间距为10～20nm，最长的纳米线可达几十微米；(3)反应在常压下进行，无需抽真空。

本发明所得材料最大特点在于它可从环境接受各种形式的热能，包括各种辐射热、太阳能、人体体温、系统运行过程的发热以及各种废热等，并高效率地直接将其转变为电能输出；其独特的高密度纳米线阵列构造以及抗氧化，耐高温，场发射电流密度高，开启电场较低，发射稳定性好等特点可以实现其作为阴极材料在场发射微电子器件中的应用，具有广阔的商业应用前景。

附图说明

图1为实施例1的SEM照片

图2为实施例1的背散射电子像

图3为实施例1的二次电子像

具体实施方式

实施例1

a)、把氧化铝模板切成1cm×2cm的小片，然后在酒精溶液中超声清洗干净。

b)、制备电沉积溶液，该溶液由10g/l BiCl₃、50g/l酒石酸、95g/l甘油和50g/lNaCl溶液组成，溶液的pH值用稀盐酸调节至0.9。

c)、采用CH1660C电化学工作站对氧化铝模板进行电沉积，并选定循环伏安法，阶跃一：-1v阶跃时间20ms；阶跃二：0V阶跃时间10ms；阶跃三：1V阶跃时间30ms为一周期；循环阶跃周期，沉积时间控制120分钟，关闭电化学沉积软件，结束沉积。

d)、电沉积结束后，将模板取出，放置去离子水中，进行超声清洗后，再放置于NaOH(0.5mol/l)溶液中，静置30分钟去除氧化铝膜。

e)、将d步骤溶液蒸馏，得白色粉末状铋纳米线阵列式热电材料。