本技术涉及纳米材料合成领域,特别介绍了一种具有原子缺陷的铋纳米管及其制造工艺。该方法通过将铋金属的可溶性盐与卤化钾盐依次溶解在去离子水、乙醇或乙二醇中,实现了铋纳米管的高效制备。
背景技术
纳米材料是纳米科技发展的重要基础,它展现出来的独特性质包括电子弹道输运效应和库仑阻塞等使其在光学、电学、磁学、催化以及传感器方面具有广阔的应用前景。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。按维数可将纳米材料的基本单元分为三类:(1)零维:指空间三维尺度均在纳米范围,如纳米颗粒,原子团簇等;(2)一维:指空间有两维处于纳米尺度,如纳米线,纳米棒,纳米管等;(3)二维:指三维空间有一维处在纳米尺度,如超薄膜,多层膜,超晶格等。自从科学家Lijiama于1991年发现了碳纳米管材料以来,这种整齐一致的表面结构和许多特性不仅激励了纳米技术领域的快速发展,而且对物理、化学、材料科学等领域都有了很大的推动作用。纳米管一般包括金属、氧化物、半导体类无机纳米管,有机纳米管以及复合纳米管状材料等。纳米管出众的电化学性质使得它们在纳米尺度电子器件、敏感器件、生物器件、纳米医药胶囊、纳米化学、电极材料和储氢能源材料等领域有十分重要的应用。另外,一维管状纳米材料既是研究其它低维材料的基础,又与纳米电子器件及微型传感器密切相关,所以设计合成尺寸规则、形貌可控、结构稳定的纳米管并对其相关物理性质和化学性质进行研究有重要的理论意义和学术价值。
铋作为一种化学元素,它在元素周期表中处于金属区与半导体区之间的特殊区域,具有典型的半金属特征。在过去一个多世纪的时间里研究者对铋的物理、化学等性质进行了广泛研究。铋单质具有极强的抗磁性、显著的德哈斯-范阿尔芬效应、回旋共振现象、独特的电磁效应、压致电阻、低热导率、独特的电输运等物理性质。近年来,随着纳米技术及薄膜技术的发展,对铋单质的研究更多的集中于特殊结构对其性能的影响,也发现了不同构型的铋单质具有大量的奇特物理性能。另一方面,铋单质具有储量丰富、无毒性和价格低廉的优点,能够被广泛的应用于热电材料、电子器件、光电器件、生物医药、催化以及电池等领域。
在现有研究中,铋单质材料报道最多的形貌有纳米片、纳米板、纳米管和纳米线等,在这些形貌中,铋纳米管的合成技术到现在为止还面临着重大挑战。目前,铋纳米管材料的制备方法大多局限于电化学还原法,主要是将铋的氧化物或者铋化合物水溶液进行原位电化学还原,沉积在工作电极上实现,这种方法的缺点在于,在电化学过程中,材料的形貌变化不可控,尺寸不均匀,依赖于实验的偶然性,并且制备过程繁琐,无法用于大规模合成,使得材料的合成非常困难。
实现思路