本發(fā)明屬于功能材料制備技術領域，尤其是涉及一種P型NiO基稀磁半導體納米管及其制備方法。

背景技術：

稀磁半導體(DMS)是指用磁性的過渡族金屬元素或稀土元素部分地替代半導體中的非磁性元素后形成的一種新型的具有磁性的半導體材料。由于兼有半導體和鐵磁的性質(zhì)，可能給信息存儲技術等領域帶來革命性的影響，因而稀磁半導體成為物理學家和材料學家的研究熱點之一?，F(xiàn)在已經(jīng)制備出較多的稀磁氧化物半導體，包括ZnO，TiO₂，SnO₂等，這些都是本征的n型半導體。在自旋電子器件中不但需要n型的半導體，也需要p型的半導體，可是有關p型稀磁半導體的制備與性能研究的報道并不多。NiO禁帶寬度在3.7eV以上，化學計量比的NiO是Mott-Hubbard型絕緣體，其室溫電導率小于l0^-13S/cm，當材料中存在Ni²⁺空位或者引入Li⁺離子時將轉(zhuǎn)變成為p型寬帶隙半導體。同時NiO是典型的反鐵磁體，奈爾溫度為532K。

隨著電子元件向小型化發(fā)展，p型稀磁半導體納米材料的合成及性能研究顯得更為重要，p型稀磁半導體納米材料的性能不僅與其組成、相態(tài)有關，而且還與其形貌、大小有著密切的關系。合成的NiO基p型稀磁半導體納米材料形貌有納米顆粒、納米線、納米管等形貌。而納米管與塊體材料相比，一維納米管磁性材料由于其特殊的尺寸與結(jié)構，往往具有高度的磁各向異性，其易磁化方向沿納米纖維軸向。因此，與一般鐵磁體材料相比，一定取向排列的一維納米磁性材料磁滯回線具有比較高的矩形比。同時一維納米管磁性材具有更大的比表面積，比零維納米材料具有更好的電子傳輸特性。納米管以其獨特的光學、電學、熱學、磁學、電化學特性，在諸多領域展現(xiàn)出潛在的應用價值，同時可以大幅縮小器件體積、提高性能，便于集成化制造。

目前制備一維納米管磁性材料方法有很多種，包括模板法，水熱法等。而模版法存在制備的樣品純度不高、產(chǎn)量比較低等缺點，水熱法存在設備要求高、反應周期長等缺點，因此很有必要探索一種新的合成NiO基稀磁半導體納米管的方法。

高壓靜電紡絲法是指利用無機鹽的高分子溶液在梯度電場作用下，以紡絲的形式在接收板上得到復合納米纖維，復合納米纖維再經(jīng)過高溫退火之后就可以得到無機納米纖維。高壓靜電紡絲法已經(jīng)制備出了多種無機納米纖維材料，材料具有比表面積大，長徑比大，纖維表面呈現(xiàn)多孔狀，并且具有摻雜精確，過程可控，耗能低，操作方便等優(yōu)點，已經(jīng)成為制備一維納米材料的重要途徑。多人采用靜電紡絲法制備了NiO納米纖維，而目前采用靜電紡絲法制備NiO稀磁半導體納米管的資料鮮有報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種簡單易行、成本低、方便快速、樣品純度高的NiO稀磁半導體納米管的制備方法。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案是：一種P型NiO基稀磁半導體納米管，所述P型NiO基稀磁半導體納米管室溫條件下為立方體結(jié)構，采用靜電紡絲法制備，外徑為200-400nm，內(nèi)徑為50-100nm，長度10-100μm。

所述P型NiO基稀磁半導體納米管的制備方法，步驟如下：

（1）以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O為原料，Ni(CH₃COO)₂·4H₂O與Fe(NO₃)₃·9H₂O的物質(zhì)的量之比為0.99：0.01，將原料溶解在體積分數(shù)為5%-10%的稀鹽酸中，加入高聚物PVP制備出殼層紡絲液，高聚物PVP與稀鹽酸質(zhì)量之比為1:2-4；

（2）將高聚物PVP將加入到酒精中，高聚物PVP與酒精質(zhì)量之比為1:2-3，制備出芯層紡絲液；

（3）將步驟（1）中的殼層紡絲液和步驟（2）中的芯層紡絲液進行靜電紡絲得到樣品，將得到的樣品放入馬弗爐中進行熱處理，得到NiO基稀磁半導體納米管。

所述步驟（3）中靜電紡絲的電場為1.5kV/cm-2.5kV/cm。

所述步驟（3）中熱處理條件是：升溫速率為1-3℃/min，在600-900℃保溫1-4小時。

所述高聚物PVP的相對分子量為160000。

所述P型NiO基稀磁半導體納米管用于高密度非易失性存儲器、自旋電子器件磁感應器、光隔離器件、半導體激光器集成電路以及量子計算機。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）制備的P型NiO基稀磁半導體納米管材料具有比表面積大，長徑比大，纖維表面呈現(xiàn)多孔狀，并且具有摻雜精確，過程可控，耗能低，操作方便等優(yōu)點；

（2）選用體積分數(shù)5%-10%稀鹽酸為溶劑，稀鹽酸作為溶劑可以加速溶解原料，同時也可以選取碳酸鎳作為原料，此舉可大大節(jié)約生產(chǎn)成本；選用的高聚物為PVP（相對分子量160000），此分子量的高聚物具有更大的粘性，此舉可以使用更少的原料制備更多的PVP溶劑；

（3）該方法制備的P型NiO基稀磁半導體納米管在高密度非易失性存儲器、自旋電子器件磁感應器、光隔離器件、半導體激光器集成電路以及量子計算機等方面有著重大的潛在應用；

（4）本方法制備出粉體是管狀的NiO基稀磁半導體納米管，同時一維納米管磁性材具有更大的比表面積，比一維納米纖維材料具有更好的電子傳輸特性。

附圖說明

圖1為實施例1制備的Ni_0.99Fe_0.01O納米管的X射線衍射（XRD）圖譜；

圖2為實施例1制備的Ni_0.99Fe_0.01O納米管的透射電子顯微鏡（TEM）圖譜；

圖3為實施例1制備的Ni_0.99Fe_0.01O納米管的掃描電子顯微鏡（SEM）圖譜；

圖4為實施例1制備的Ni_0.99Fe_0.01O納米管在室溫下的磁滯回線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O為原料，按照Ni元素、Fe元素物質(zhì)的量之比為0.99:0.01稱量樣品，以體積分數(shù)5%稀鹽酸為溶劑，將原料在溶劑中充分溶解，加入高聚物PVP，高聚物PVP的相對分子量是160000，PVP與稀鹽酸質(zhì)量之比為1:2，制備出殼層紡絲液，將PVP將加入到酒精中，PVP與酒精質(zhì)量之比為1:2，制備出芯層紡絲液；采用靜電紡絲儀器進行樣品的制備和收集。紡絲電場為1.5kV/cm，之后將收集的樣品放入馬弗爐中進行熱處理，升溫速率為1℃/min，在600℃保溫4小時，得到NiO基稀磁半導體納米管。

該實施例制備的Ni_0.99Fe_0.01O納米管的X射線衍射(XRD)圖譜如圖1所示。從圖中可以看出，在2θ=37.2°，43.4°，62.9°，75.2°和79.4°處出現(xiàn)的分別對應于立方相NiO(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶面的五個特征峰外。不存在與Fe相關的其他物相的衍射峰，這表明在Fe摻雜量較低時，制備出的Ni_0.99Fe_0.01O的晶體仍然具有立方晶相結(jié)構，F(xiàn)e離子很好地進入了NiO的晶格，而不是形成新的雜相。

該實施例制備的Ni_0.99Fe_0.01O納米管的透射電子顯微鏡（TEM）圖譜如圖2所示，制備的Ni_0.99Fe_0.01O納米管的掃描電子顯微鏡(SEM)圖如圖3所示，最終合成的Ni_0.99Fe_0.01O納米管，外形為管狀，外徑為200-400nm，內(nèi)徑為50-100nm，長度10-100μm。

如圖4所示實例1制備的Ni_0.99Fe_0.01O納米管在室溫下的磁滯回線，可以看出，Ni_0.99Fe_0.01O具有較大的磁化強度和矯頑場。

實施例2

以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O為原料，按照Ni元素、Fe元素摩爾比為0.9:0.1稱量樣品，以體積分數(shù)10%稀鹽酸為溶劑，將原料在溶劑中充分溶解，加入高聚物PVP，高聚物PVP的相對分子量是160000，PVP與稀鹽酸質(zhì)量之比為1:4，制備出殼層紡絲液，將PVP將加入到酒精中，PVP與酒精質(zhì)量之比為1:3，制備出芯層紡絲液；采用靜電紡絲儀器進行樣品的制備和收集。紡絲電場為2.5kV/cm，之后將收集的樣品放入馬弗爐中進行熱處理，升溫速率為3℃/min，在900℃保溫1小時，得到NiO基稀磁半導體納米管。

實施例3

以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O為原料，按照Ni元素、Fe元素摩爾比為0.95:0.15稱量樣品，以體積分數(shù)8%稀鹽酸為溶劑，將原料在溶劑中充分溶解，加入高聚物PVP，高聚物PVP的相對分子量是160000，PVP與稀鹽酸質(zhì)量之比為1:3，制備出殼層紡絲液，將PVP將加入到酒精中，PVP與酒精質(zhì)量之比為1:2.5，制備出芯層紡絲液；采用靜電紡絲儀器進行樣品的制備和收集。紡絲電場為2 kV/cm，之后將收集的樣品放入馬弗爐中進行熱處理，升溫速率為2℃/min，在800℃保溫1小時，得到NiO基稀磁半導體納米管。