一种AgSbTe2单晶纳米线阵列的制备方法

摘要

本发明公开了一种AgSbTe2单晶纳米线阵列的制备方法，是在孔洞均匀一致的阳极氧化铝模板中，利用直流电沉积技术，制备得到沿着[100]方向生长的立方晶体结构的AgSbTe2单晶纳米线及其阵列，晶胞参数为a=0.3039nm。本发明方法是在室温、敞开体系的温和条件下进行的，设备简单、易于工业化生产。

权利要求

1.一种AgSbTe2单晶纳米线阵列的制备方法，包括多孔氧化铝模板的制备、电解液的配制、电化学沉积以及后处理各单元过程，其特征在于：所述多孔氧化铝模板的制备是采用二次阳极氧化法制备多孔氧化铝模板，所述多孔氧化铝模板中均布孔径50nm的纳米孔，在所述多孔氧化铝模板的反面通过真空蒸镀沉积一层200nm厚的金膜，得到镀金氧化铝模板；

-1

所述电解液的配制是配制浓度为0.23 mol.L 的酒石酸水溶液作为缓冲溶液，向所述缓冲溶液中加入TeO2、KSbOC4H4O6·1/2H2O和AgNO3，使得缓冲溶液中TeO2、KSbOC4H4O6·1/2H2O-1 -1 -1和AgNO3的浓度分别为1 mmol.L 、0.5 mmol.L 和0.5 mmol.L ，搅拌混合均匀得到电解液；

所述电化学沉积是以镀金氧化铝模板为阴极，以石墨作为阳极，在所述电解液中通过电化学沉积得到单晶AgSbTe2纳米线阵列。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

电化学沉积的温度为室温，时间为8小时，电压为0.9V。

说明书

一种AgSbTe2单晶纳米线阵列的制备方法

一、技术领域

[0001] 本发明涉及一种三元合金化合物半导体纳米材料的制备方法，具体地说是一种AgSbTe2单晶纳米线阵列的制备方法，具有单相结构。二、背景技术

[0002] 在科技高速发展的今天，人们必然对材料提出新的需求，元器件的小型化、高密度集成、高密度存储等促使材料的研究向更小尺寸方向发展。另一方面，随着纳米科技的发展，人们需要对一些介观尺度的物理现象，如纳米尺度的结构、光学、磁学以及与低维相关的量子尺寸效应等现象进行深入的研究。自从1991年碳纳米管被发现以来，对其他一维纳米材料的制备和表征吸引了许多科技领域的科学家们的极大兴趣。纳米线、纳米棒、纳米带和纳米丝是一维纳米结构家族中的重要成员，它们为研究电传输、光学和其他性质同维度和尺寸限制的关系提供了模型。为了获得纳米线，许多物理的和化学的制备方法已经被开发，例如物理方法有热蒸发、纳米刻蚀和其他纳米图案化技术，化学方法包括化学气相沉积、溶剂热、水热和碳热还原等方法。在这些方法中，用阳极氧化铝膜（AAM）作模板的模板基合成法，是制作纳米线的有效和廉价方法。氧化铝模板具有高度有序的准一维纳米孔结构，为有序纳米线阵列的限域生长提供了一种理想前提条件，从而在结构上实现了人工裁剪，在性能上实现了宽范围的调制，这对纳米器件的发展具有重大的意义。

[0003] AgSbTe2是I-V-VI2类三元化合物的代表之一，也是一种典型的窄带隙半导体，其理论禁带宽度仅为7meV。AgSbTe2化合物具有极低的热导率和较大的Seebeck系数，因此被看作一种有前途的中温热电转换材料，吸引了各国学者的广泛关注与研究。由于其独特的结构和光学特性，它也被广泛应用于光学相变材料。AgSbTe2可以被看作是Ag2Te和Sb2Te3的固溶体，有关Ag2Te和Sb2Te3的伪二元相图研究表明AgSbTe2是高温亚稳相，单相的AgSbTe2存在于Ag2Te/Sb2Te3摩尔比值小于1的某一组成范围内。由于相组成和掺杂量很难控制，单相的AgSbTe2很难被获得。

[0004] 目前研究表明，AgSbTe2的微结构和性能对其成分和结晶状态的依赖非常敏感，这使得制备单相AgSbTe2成为一个富有挑战性的工作。为了获得纯AgSbTe2，一些方法被采用，例如单质直接熔融法、熔化-促冷法、机械合金化法以及高温高压法等。然而，用这些方法制备的产品大都包含少量的Ag2Te或Sb2Te3，且这些方法涉及高温熔化及反应，是时间和能量的巨大耗费。另外，目前有关AgSbTe2的研究主要集中在块体和薄膜材料，AgSbTe2纳米线及其阵列还没有被报道过。三、发明内容

[0005] 本发明旨在提供一种AgSbTe2单晶纳米线阵列的制备方法，通过简单的直流电沉积技术制备得到单晶AgSbTe2纳米线阵列。

[0006] 本发明是利用直流电沉积技术在孔洞均匀一致的阳极氧化铝模板中电化学沉积得到沿着[100]方向生长的立方晶体结构的AgSbTe2单晶纳米线阵列。

[0007] 本发明AgSbTe2单晶纳米线阵列的制备方法，包括多孔氧化铝模板的制备、电解液的配制、电化学沉积以及后处理各单元过程：

[0008] 所述多孔氧化铝模板的制备是采用二次阳极氧化法通过常规工艺制备多孔氧化铝模板，所述多孔氧化铝模板中均布孔径50nm的纳米孔，多孔氧化铝模板的厚度为40μm；在所述多孔氧化铝模板的反面通过真空蒸镀沉积一层200nm厚的金膜，得到镀金氧化铝模板；

[0009] 所述电解液的配制是配制浓度为0.23mol.L-1的酒石酸水溶液即为缓冲溶液，向所述缓冲溶液中加入TeO2、KSbOC4H4O6·1/2H2O和AgNO3，使得缓冲溶液中TeO2、-1 -1 -1KSbOC4H4O6·1/2H2O和AgNO3的浓度分别为1mmol.L 、0.5mmol.L 和0.5mmol.L ，搅拌混合均匀得到电解液；

[0010] 所述电化学沉积是以镀金氧化铝模板为阴极，以石墨作为阳极，在所述电解液中通过电化学沉积得到单晶AgSbTe2纳米线阵列，电化学沉积时的温度为室温，时间为8小时，电压为恒压0.9V。

[0011] 单晶AgSbTe2纳米线阵列嵌在多孔氧化铝模板中，洗涤并干燥后可通过NaOH溶液腐蚀除去多孔氧化铝模板。

[0012] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

[0013] 1、本发明中基体材料多孔氧化铝模板具有耐酸碱、可见光透明的特点，具有高度有序的准一维纳米孔结构，孔径易于控制、可以规模化生产，从而为其广泛应用奠定基础。

[0014] 2、本发明将直流电沉积技术与多孔氧化铝模板有机结合，制备较为理想的一维半导体纳米材料。

[0015] 3、本发明可以获得沿[100]方向择优生长的单晶AgSbTe2纳米线阵列，晶胞参数为a=0.3039nm。

[0016] 4、本发明方法是在室温、敞开体系的温和条件下进行的，设备简单，操作方便，易于推广。四、附图说明

[0017] 图1为本发明双电极沉积装置示意图。

[0018] 其中1铜电极，2镀金多孔氧化铝模板，3电解液，4石墨。

[0019] 图2为本发明多孔氧化铝模板的扫描电镜图（FE-SEM）。从图2中可以看出本发明多孔氧 化铝模板具有高度有序的纳米孔结构。

[0020] 图3为本发明单晶AgSbTe2纳米线阵列的X射线衍射图（XRD）。图3表明通过本发明方法，0.9V电压下沉积生长在多孔氧化铝模板中的AgSbTe2纳米线在[100]方向上优先生长，形成单晶纳米线阵列且具有良好的晶体结构。

[0021] 图4为本发明单晶AgSbTe2纳米线阵列的X射线能谱图（EDS）。图4表明本发明方法制备得到的纳米线是AgSbTe2单相化合物，其元素含量符合化合物AgSbTe2的化学计量比。

[0022] 图5为本发明单晶AgSbTe2纳米线阵列的扫描电镜图（SEM）。

[0023] 图6为本发明单晶AgSbTe2纳米线阵列的局部放大扫描电镜图（SEM）。

[0024] 图5和图6分别表明本发明中所得产物是长度为8μm，直径为50nm纳米线。

[0025] 图7为本发明单晶AgSbTe2纳米线的透射电镜图（TEM），插图为选区电子衍射和高分辨透射电镜图。图7表明本发明方法制备得到的AgSbTe2纳米线均匀而光滑且直径为50nm，其电子衍射花样表明AgSbTe2纳米线为单晶结构，衍射斑点(002),(022)和(020)与立方晶系结构AgSbTe2的标准图谱JCPDS：65-5854相一致；高分辨晶格像照片表明本发明方法制备得到的AgSbTe2纳米线具有很高的结晶质量。
五、具体实施方式

[0026] 本发明AgSbTe2单晶纳米线阵列的具体制备过程如下：

[0027] 1、多孔氧化铝模板的制备：采用二次阳极氧化法，在0.3mol.L-1的硫酸溶液中制备得到多孔氧化铝模板，氧化电压为25V，多孔氧化铝模板中均布孔径为50nm的纳米孔，多孔氧化铝模板的厚度为40μm；在多孔氧化铝模板的反面采用真空蒸镀的方法沉积一层200nm厚的Au膜，得到镀金氧化铝模板。

[0028] 2、电解液的配制：配制浓度为0.23mol.L-1的酒石酸水溶液即为缓冲溶液，向所述缓冲溶液中加入TeO2、KSbOC4H4O6·1/2H2O和AgNO3，使得缓冲溶液中TeO2、KSbOC4H4O6·1/2H2O-1 -1 -1和AgNO3的浓度分别为1mmol.L 、0.5mmol.L 和0.5mmol.L ，用磁搅拌器搅拌2个小时，得到电解液；

[0029] 3、沉积装置：采用双电极沉积装置，以镀金氧化铝模板为阴极，以石墨作为阳极，沉积电压由恒压电源提供，具体装置见图1。

[0030] 4、电化学沉积：以镀金氧化铝模板为阴极，以石墨为阳极，恒压电源为0.9V，在室温下经8个小时的电化学沉积，得到长度为8μm的单晶AgSbTe2纳米线阵列，该阵列嵌在氧化铝模板中。

[0031] 5、AgSbTe2纳米线阵列的表征：沉积后的氧化铝模板经清洗、晾干后，除去模板周围铝基体，然后进行XRD测试；利用NaOH溶液对已经失去周围铝基体并镀有AgSbTe2单晶纳 米线的氧化铝模板进行不同程度的腐蚀后，进行FE-SEM测试；利用NaOH溶液对已经失去周围铝基体并镀有AgSbTe2单晶纳米线的氧化铝模板彻底腐蚀掉，清洗干净后在酒精中超声分散5分钟，即可进行EDS分析和TEM、HRTEM测试。

[0032] 图2为本发明多孔氧化铝模板的扫描电镜图（FE-SEM）。从图2中可以看出本发明多孔氧化铝模板具有高度有序的纳米孔结构。

[0033] 图3是本发明单晶AgSbTe2纳米线阵列的XRD衍射图。图3表明通过本发明方法，0.9V电压下沉积生长在多孔氧化铝模板中的AgSbTe2纳米线在[100]方向上优先生长，形成单晶纳米线阵列且具有良好的晶体结构。

[0034] 图4是本发明AgSbTe2纳米线的EDS谱图，图4表明本发明方法制备得到的纳米线是AgSbTe2化合物，其元素含量符合化合物AgSbTe2的化学计量比。

[0035] 图5、图6是对填有AgSbTe2纳米线的模板进行腐蚀后的SEM图，图5和图6分别表明本发明中所得产物是长度为8μm，直径为50nm纳米线。

[0036] 图7是单根AgSbTe2纳米线透射电镜图及其电子衍射花样和高分辨晶格像照片，图7表明本发明方法制备得到的AgSbTe2纳米线均匀而光滑且直径为50nm，其电子衍射花样表明AgSbTe2纳米线为单晶结构，衍射斑点(002),(022)和(020)与立方晶系结构AgSbTe2的标准图谱JCPDS：65-5854相一致；高分辨晶格像照片表明本发明方法制备得到的AgSbTe2纳米线具有很高的结晶质量。