[发明专利]一种微米级铋单晶花的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体为一种以非离子型表面活性剂原位还原制备的微米级铋单晶花及其制备方法。

背景技术

铋是一种天然放射性元素，是一种斜方六面体结构的带间隙非常小的半金属，有银白色光泽，性质介于金属与非金属之间，质脆易破碎，导电导热性不及传统金属材料。铋在红热时与空气作用；铋可直接与硫、卤素化合，不溶于非氧化性酸，溶于硝酸、热浓硫酸。在金属中，它具有最强的反磁性和除汞之外最低的导热性，而且具有高的电阻和最高的霍耳效应。

工业上，铋被用来制备低熔点的合金，用于自动开关或铅活字合金中。铋的盐类用途很广：碳酸氧铋和硝酸氧铋可用作药物，硝酸铋可用于药物和铋盐制造，并被用作各种触媒原料。氧化铋则被广泛用于无机合成、电子陶瓷、化学试剂等领域，主要用于制造瓷介电容器，也可用于制造压电陶瓷、压敏电阻等电子陶瓷元件。由于铋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，随着微观尺寸直径和取向的改变，铋的电输运和热电性能会有明显的差异。因此，探索纳米铋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。近年来，人们已通过很多方法成功地制备了一维纳米材料，包括压力注入、气相沉积和直流电沉积等技术，但对于微观铋单晶的制备还较少涉及。

铋的一些奇特的物理化学特性往往与其形貌大小密切相关，所以对不同形貌大小的铋的制备研究具有重要的科学意义。在各种制备方法中，以电化学技术最为常见。Searson等人曾用电沉积方法制备了铋纳米线、单晶铋薄膜。严纯华等人用电沉积方法以不同的氧化物电极上制备了具有不同形貌和颗粒大小的铋金属，张立德等人采用电沉积方法用阳极氧化铝膜作为模板制备了单晶铋纳米线和铋纳米管。但具有复杂微米级形貌、多级次生结构的铋微米花的研究还未见报道，有效控制微米级铋沉积物的形貌的手段也比较缺乏。

因此本领域迫切需要开发一种原料易得，工艺简单易于控制，对设备要求低且能够合成较高产量的微米级铋单晶材料的制备方法。本发明提供了一种方便快捷环保的微米铋单晶的制备技术，为材料合成领域的研究提供新的技术选择。

发明内容

本发明的目的在于提出一种微米级铋单晶花的制备方法，无需使用还原剂和高温结晶过程，一步合成，产率高，形貌规整，在合成过程中还原态铋自发组装成不同等级结构的微米花。本方法简单高效，能耗低，反应可控，适合工业化生产，得到的微米级铋单晶花粒径均匀，比表面大。

本发明微米级铋单晶花的制备方法包括：称取一定量的硝酸铋置于浓硝酸溶液中，并不断搅拌至完全溶解形成溶液A；将一定量的非离子表面活性剂溶解于50℃去离子水中至完全溶解，形成溶液B；将溶液B逐滴加入到溶液A中，缓慢升温至45℃并保持30分钟，待反应结束后，取出铋单晶花沉淀过滤，然后用50毫升无水乙醇洗涤并保存。

本发明的方法中所述的浓硝酸的浓度为16～63克/升；

所述硝酸铋硝酸溶液A的浓度为10～25克/升(以硝酸铋计)；

所述非离子表面活性剂为P123、F108、F127、吐温80之一种；其中P123、F127、F108购自巴斯夫(中国)有限公司，均为聚氧乙烯(PEO)和聚氧丙烯(PPO)嵌段共聚物，具体为P123分子结构为PEO20-PPO70-PEO20，分子量5800克/摩尔；F127分子结构为PEO100-PPO65-PEO100，分子量12700克/摩尔；F108分子结构为PEO132-PPO50-PEO132，分子量14600克/摩尔；其中吐温80购自国药集团化学试剂公司，分子式C₂₄H₄₄O₆，分子量428.6克/摩尔；

所述的非离子表面活性剂溶液B浓度为2.4～10.6克/升；

与现有技术相比，本发明的优点在于无需传统微纳米制备技术所需的电沉积、热合成、热结晶、共沉淀等繁琐的过程方法，不需引入高毒性的有机溶剂，以非离子型表面活性剂兼做还原剂及形貌控制助剂，简单、高效、成本低廉，极易推广。

附图说明

图1为实施例1中微米级铋单晶花的扫描电子显微镜图；

图2为实施例2中微米级铋单晶花的扫描电子显微镜图；

图3为实施例1中微米级铋单晶花的能量色散X射线能谱。

具体实施方式

实施例1