[发明专利]NiO基稀磁半导体纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域。具体而言，本发明涉及NiO基稀磁半导体纳米纤维及其制备方法。

背景技术

在传统的信息工业里，半导体材料往往只利用电子电荷这一自由度来进行工作，而忽视了电子的另一个自由度也就是自旋。实际上，电子的自旋也同样携带了大量的可利用信息。一种有效利用电子自旋特性的手段是通过对半导体掺入少量的过渡金属磁性元素，使得在半导体材料可以获得具有一定自旋极化度的电流，这样便可以使得材料的电学性能可以受到磁场的调控。通过这样的方法，我们可以充分地利用电子的两种属性，突破传统电子信息工业的技术瓶颈，设计开发出新型的自旋电子器件。基于上述理念，稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductors,简称DMSs），受到了世界范围内极大的关注。另外，由于稀磁半导体可以直接在研究比较成熟的材料体系基础上通过掺入磁性元素的方法获得，具有经济性，实效性。同时，由于在稀磁半导体中存在的由载流子与缺陷之间与磁性元素的局域磁矩存在的很强的自旋交换作用，稀磁半导体往往具有可通过外磁场改变而进行调控的光电性质。

NiO是近年来研究较多，具有丰富性能的半导体材料。它是一种处于过渡族金属氧化物，其晶格常数大约是，在奈尔温度以上它具有面心立方型的晶体结构。NiO不仅被应用于半导体领域，它在电学，光学等领域的应用也被广泛研究，如NiO氧敏材料、热敏半导体陶瓷、电致变色材料、紫外探测器等等。NiO基稀磁半导体的研究近年来也成为了热点，因为过渡金属掺杂的NiO是少有的能显示室温铁磁性的稀磁半导体。通过溶胶凝胶法、磁控溅射法、脉冲激光沉积（PLD）法、分子束外延（MBE）法等手段人们对NiO稀磁半导体薄膜展开了各种深入广泛的研究。

与多维纳米材料不同，一维纳米材料由于其低对称性的结构而使得它具有特殊的体系能量和电子能级分布。众多的研究表明一维材料具有带隙依赖于纳米线直径、电子态密度较高、高比表面积等特殊性质。一维纳米材料这种奇特的性质，使得其在磁学，电学，光学，等方面具有潜在的运用价值。然而，有关NiO稀磁半导体一维结构的研究报道尚少。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种NiO基稀磁半导体纳米纤维及其制备方法，利用该方法可以制备得到一维结构的NiO基稀磁半导体纳米纤维，并且通过掺入铁元素和锂元素可以提高该纳米纤维的室温磁性。

在本发明的一个方面，提出了一种制备NiO基稀磁半导体纳米纤维的方法，所述NiO基稀磁半导体纳米纤维掺杂有铁和锂，该制备NiO基稀磁半导体纳米纤维的方法包括：配制前驱体溶液，利用所述前驱体溶液进行静电纺丝，以便得到原丝；以及将所述原丝进行烧结处理，以便得到所述NiO基稀磁半导体纳米纤维；其中，所述前驱体溶液为包含镍元素、铁元素、锂元素和聚乙烯吡咯烷酮的有机溶液。

由此利用上述方法可以制备得到一维结构的并且参入铁和锂的NiO基稀磁半导体纳米纤维，通过上述方法制备得到的NiO基稀磁半导体纳米纤维中由于参入了铁和锂，因此引入了空穴，从而可以增加NiO基稀磁半导体纳米纤维的磁性。

另外，根据本发明上述实施例的制备NiO基稀磁半导体纳米纤维的方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述前驱体溶液包含：按照摩尔比为2～6：91～95：3的锂元素、镍元素和铁元素；聚乙烯吡咯烷酮；以及乙醇。由此可以利用具有上述组分的前驱体溶液制备得到一维结构的NiO基稀磁半导体纳米纤维，以便进一步提高该纤维的磁性。

根据本发明的实施例，所述镍元素是以选自乙酸镍、草酸镍的至少一种的形式提供的。由此选用乙酸镍可以为有效地为NiO基稀磁半导体纳米纤维提供镍元素。

根据本发明的实施例，所述铁元素是以选自硝酸铁、氯化铁的至少一种的形式提供的。由此使得提供的铁元素容易掺入到制备的NiO基稀磁半导体纳米纤维中，以便提高该纤维的磁性。

根据本发明的实施例，所述锂元素是以选自硝酸锂、氯化锂的至少一种的形式提供的。由此使得提供的锂元素容易掺入到制备的NiO基稀磁半导体纳米纤维中，从而引入空穴，以便提高该纤维的磁性。

根据本发明的实施例，所述聚乙烯吡咯烷酮的相对分子量为130万。由此可以便于制备得到一维结构的NiO基稀磁半导体纳米纤维。