[发明专利]一种Ag/Ag2S核/壳纳米结构电阻开关材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ag/Ag₂S核/壳纳米结构电阻开关材料及其制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

未来的电子集成电路，除了有电阻、电容、电感三种基本的电路元件外，还将拥有第四种基本电路元件，即记忆电阻(参见Nature 2008，453，80)，而构成记忆电阻的关键部件是电阻开关(参见Nat.Mater.2007，6，833)。一个典型的电阻开关包括M-I-M这样一个结构单元，其中M代表一类电子导体电极，可以是金属或非金属的电子导体，I代表一类绝缘体，通常是离子导体材料。Ag₂S的电阻开关效应最早于1976年被Hirose发现(参见J.Appl.Phys.1976，47，2767)，此后，Ag₂S材料的合成和性质的研究成为了一个广泛研究的热点。尤其是近年来，在制备Ag₂S纳米材料和研究其电阻开关性质等方面已经取得了很大的进展，例如，采用化学方法控制合成获得了单分散的Ag₂S纳米晶(参见CN101274751A；CN101362947A)；利用草酸银束状纤维为模板，制备了束状的Ag和Ag₂S纳米结构纤维，在此基础上设计了一种结构为ITO/Ag/Ag₂S/ITO(ITO：掺Sn的In₂O₃)的电阻开关(参见Adv.Funct.Mater.2008，18，1249)；采用水热反应制备了单晶Ag₂S纳米线，并且结合扫描电镜，利用电子束印刷术构筑了纳米尺度的Ag₂S电阻开关(参见Small 2009，5，2377)。但是，目前在利用Ag₂S纳米材料构筑电阻开关方面仍然存在一些缺陷。首先，为了构筑一个纳米尺度的M-I-M结构单元，需要给Ag₂S连接一个电子导体电极。传统的方法难以在纳米尺度做到这一点，现代的电子束印刷术虽然能解决这一问题，但同时带来工艺复杂、操控繁琐、成本提高、应用困难等实际问题。第二，微电子集成电路要求元件的微型化，但单个Ag₂S晶体纳米尺度上的电阻开关电子信号弱、稳定性差、难以实现工业放大，必然会限制其实际应用。Ag/Ag₂S核/壳纳米晶作为电阻开关材料有可能解决上述问题，首先，Ag核本身可以作为纳米尺度的内电极，一方面不需要从外部再连接电子导体电极，另一方面会极大地增加电极接触面积和减小接触电阻，从而增强电流信号；其次，在多个Ag/Ag₂S核/壳纳米结构之间可组成无数个纳米尺度的Ag₂S电阻开关的串(并)联结构，这样既可增强电流信号，还可保证信号的稳定性，并且方便工业放大。然而，迄今为止，还没有一种适于Ag/Ag₂S核/壳纳米结构材料的规模化制备和电阻开关应用的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种Ag/Ag₂S核/壳纳米结构电阻开关材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种Ag/Ag₂S核/壳纳米结构电阻开关材料，其特征在于，该纳米核/壳结构是以Ag为内核，Ag₂S为外壳，形貌为球形或近似球形，平均直径0.01～5.0微米，Ag₂S壳层厚度为2～100纳米。

上述的Ag/Ag₂S核/壳纳米结构电阻开关材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)于乙二醇溶剂中，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，升温到60～196℃，搅拌溶解，然后加入硝酸银反应5～300分钟；其中，乙二醇体积与硝酸银质量比为10～1000∶1，单位为毫升/克；聚乙烯吡咯烷酮单体与硝酸银摩尔比为1～160∶1；

(2)在60～196℃温度下，将硫粉加入上述反应体系中，反应5～300分钟；其中，步骤(1)中的硝酸银与步骤(2)中硫粉的摩尔比为2～50∶1；

(3)将步骤(2)的反应沉淀物离心分离、乙醇或水洗涤后，继续以下操作之一：

i.40～80℃烘干，得到单分散Ag/Ag₂S核/壳纳米晶。或者，

ii分散于醇溶剂或水中制得Ag/Ag₂S核/壳纳米分散的胶体。