技術領域

本發明涉及一種納米電纜及制備方法，尤其是涉及一種由磁性材料和半金屬材料構成的納米電纜及其制備方法。

背景技術

納米電纜是指芯部為半導體或導體的納米絲，外包敷異質的導體或非導體納米殼體，外部的殼體和芯部絲是共軸的，其幾何結構類似于同軸電纜，尺度為納米級。具有獨特物理性能芯殼結構的納米電纜，在新一代光導纖維、高性能太陽能電池和納米計算機等納米器件中因有著潛在的應用前景而受到了人們的廣泛關注。目前，為了探索和拓展納米電纜的內涵、制備方法和應用，人們作了一些嘗試和努力。如在2005年10月美國《物理化學期刊B》就報道了用電化學沉積的方法在氧化鋁模板中合成鎳(殼)和銅(芯)的納米電纜(Controllable?Template?Synthesis?of?Ni/Cu?Nanocable?and?NiNanotube?Arrays：A?One-Step?Coelectrodeposition?and?ElectrochemicalEtching?Method，J.Phys.Chem.B?2005，109，23326-23329).利用該方法制備的納米電纜外徑、長度和電纜的殼層、芯都可以得到控制。但是，幾何結構僅限于鎳殼和銅芯納米電纜，而通過此方法而不能制備銅殼和鎳芯的納米電纜。另外發明的內涵也僅為鎳和銅材料的納米電纜，限制了在納米器件的進一步應用。又如在2008年2月美國《應用物理》雜志中出版的“一種由孔道限域電沉積制備納米電纜的通用方法”(A?Generic?Approach?toNanocables?via?Nanochannel-confined?Sequential?Electrodeposition，Appl.Phys.Lett.2008，92，083109.)一文介紹了一種通用的合成直線型納米電纜的方法，該方法適用于任何兩種可以電化學沉積的材料，通過選用合適的功能材料來制備具備一定功能的納米電纜，并且電纜的殼和芯可以任意組合。但是，這種納米異質結和其合成方法存在著不足之處；首先，由金屬銅和半金屬鉍構成的電纜先合成上端封口的納米管，然后去除納米管上端的封口，最后在納米管內制備納米線而合成納米電纜。這種工藝復雜，技術要求高。其次不是所有的納米管內都能合成納米被填充納米線而形成納米電纜。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有納米異質結電纜的不足之處，提供一種由磁性金屬鎳殼層包覆一體現半導體物性的半金屬鉍芯(鉍納米線的量子限域效應誘導的半金屬-半導體轉變所致)所組成的功能納米異質結電纜。

本發明的另一目的在于：提供一種半金屬鉍與磁性金屬鎳組成的納米異質結電纜的制備方法。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：

本發明提供的由磁性材料和半金屬材料構成的納米電纜，包括納米電纜芯和包覆在所述納米電纜芯外的電纜外殼層，所述納米電纜芯和電纜外殼層是共軸的；其特征在于：所述納米電纜芯的材料為半金屬鉍，所述納米電纜外殼層材料為磁性金屬鎳；所述納米電纜芯的直徑為20～170nm，所述納米電纜外殼層的厚度為10～80nm。

磁性鎳和半金屬鉍組成的納米異質結電纜，在磁性調控的晶體管和太陽能電池等納米器件有潛在的應用。

本發明提供的由磁性材料和半金屬材料構成的納米電纜的制備方法，包括以下步驟：

1)鋁片陽極氧化，先將鋁片置于濃度為0.2～0.4M的酸溶液中，于直流電壓為30～160V下陽極氧化6～10h，再將其于溫度為50～70℃的混和溶液中浸泡8～12h；其中，混和溶液為50℃的4～8wt％磷酸和1.6～2wt％鉻酸。

2)第二次陽極氧化，將步驟1)得到的鋁片，重復步驟1)的陽極氧化工藝，對鋁片進行第二次陽極氧化；

3)將步驟2)氧化后得到的鋁片，先用過飽和的四氯化錫溶液去除背面未氧化的鋁，再用3～10wt％的磷酸溶液腐蝕掉位于孔底部的氧化鋁障礙層，得到具有通孔氧化鋁模板，所述的通孔孔徑為50～200nm；

4)蒸鍍金膜，采用電子束蒸發法，在步驟3)制備的具有通孔氧化鋁模板的底面蒸鍍80～200nm厚的金膜，得到蒸鍍金膜的氧化鋁模板；

5)電鍍，先將步驟4)蒸鍍金膜的氧化鋁模板置于鉍和鎳混合電鍍液中，在1.5～4.5mA/cm²的恒電流下電化學沉積10～80min，再對其用水進行清洗；

6)腐蝕掉氧化鋁模板，將步驟5)通孔中置有鉍芯線與鎳外殼的氧化鋁模板，置于強堿溶液中腐蝕掉氧化鋁模板，制得鉍芯線與鎳外殼組成的納米電纜；