[发明专利]半金属铋与金属铜组成的纳米电缆及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米电缆及合成方法，尤其是一种半金属铋与金属铜组成的纳米电缆及其合成方法。

背景技术

具有独特物理性能的准一维纳米结构的异质结，在未来的纳米器件中因有着潜在的应用前景而受到了人们的广泛关注。目前，为了探索和拓展准一维纳米结构异质结的应用范围，人们作了一些尝试和努力，如在2007年1月出版的《化学通讯》杂志中“电化学方法合成金属和半金属的纳米线-纳米管异质结及其电疏运性能”(Electrochemical synthesis of metal andsemimetal nanotube-nanowire heterojunctions and their electronictransport properties，Chem.Commun.，2007，1733-1735)一文就介绍了一种在阳极氧化的氧化铝模板中先后电沉积Cu/Bi或Bi/Cu形成的纳米异质结。但是，这种纳米异质结和其合成方法存在着不足之处，首先，异质结虽由金属铜和半金属铋构成，然而，其中的纳米管和纳米线是上下两节对接的结构，异质结的接触面过小，难以充分发挥纳米异质结潜在的功效；其次，合成方法只能制做出上下两节对接结构的异质结，未能制出纳米管和纳米线是管包线的电缆结构的异质结。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种纳米管和纳米线间为管包线结构的半金属铋与金属铜组成的纳米电缆。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种半金属铋与金属铜组成的纳米电缆的合成方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：半金属铋与金属铜组成的纳米电缆包括半金属铋和金属铜，特别是所述半金属铋或金属铜为纳米芯线，所述纳米芯线的直径为20～170nm，其外包覆有金属铜或半金属铋构成的外壳，所述外壳的厚度为10～80nm。

作为半金属铋与金属铜组成的纳米电缆的进一步改进，所述的由半金属铋芯线与金属铜外壳组成的纳米电缆或由金属铜芯线与半金属铋外壳组成的纳米电缆位于氧化铝模板中。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：半金属铋与金属铜组成的纳米电缆的合成方法包括二次阳极氧化法、电子束蒸发法和电沉积法，特别是它是按以下步骤完成的：第一步，先将铝片置于浓度为0.2～0.4M的酸溶液中，于直流电压为30～160V下阳极氧化6～10h，再将其于温度为50～70℃的4～8wt％磷酸和1.6～2wt％铬酸的混和溶液中浸泡8～12h，接着，将其再次于同样的工艺条件下进行第二次阳极氧化后，先用过饱和的四氯化锡溶液去除背面未氧化的铝，再用3～7wt％的磷酸溶液腐蚀掉位于孔底部的氧化铝障碍层，得到孔径为50～200nm的通孔氧化铝模板；第二步，用电子束蒸发法于通孔氧化铝模板的一面蒸镀10～40nm厚的金膜后，先将其置于铜电镀液中在0.2～2.5mA/cm²的恒电流下电沉积40～80min，再对其用水进行清洗并干燥，接着，用浓度为0.03～0.07M的氯化铜溶液和浓度为0.6～1M的盐酸溶液的混合溶液腐蚀位于通孔氧化铝模板中的铜纳米管的封闭端3～7min，之后，对其用水进行清洗并干燥，然后，先用电子束蒸发法于通孔氧化铝模板的原蒸金面蒸镀厚度≥120nm的金膜，再将其于铋电镀液中在0.05～0.15mA/cm²的恒电流下电沉积40～80min，或者，用电子束蒸发法于通孔氧化铝模板的一面蒸镀10～40nm厚的金膜后，先将其置于铋电镀液中在0.2～2.5mA/cm²的恒电流下电沉积40～80min，再对其用水进行清洗并干燥，接着，用浓度为0.03～0.07M的硝酸溶液在40～60℃下腐蚀位于通孔氧化铝模板中的铋纳米管的封闭端3～7min，之后，对其用水进行清洗并干燥，然后，先用电子束蒸发法于通孔氧化铝模板的原蒸金面蒸镀厚度≥120nm的金膜，再将其于铜电镀液中在0.05～0.15mA/cm²的恒电流下电沉积40～80min；第三步，将其通孔中置有铋芯线与铜外壳或铜芯线与铋外壳的通孔氧化铝模板置于强碱溶液中腐蚀掉氧化铝模板，制得铋芯线与铜外壳或铜芯线与铋外壳的半金属铋与金属铜组成的纳米电缆。