李宁　赵宝

【摘 要】在没有使用任何表面活性剂和模板的情况下，通过设备简单，成本低廉的水熱法，合成了分散均匀的单晶Ag2Te纳米线。通过X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）的一系列表征，显示出该Ag2Te样品形貌可控，是具有良好的结晶性的并且是具备高纯度的纳米结构，其直径约为200nm，长度可达到数十微米。更重要的是，首次研究了单根Ag2Te纳米线的相关电学性能。经过在位电场组装和伏安法测量，发现在常温下样品的I–V曲线是对称性的，且明显地显示出非线性的特点。在加热过程中，I–T曲线伴随相转变的发生，电流也出现巨大变化。这些试验结论为将来进一步研究纳米结构器件的电输运性能打下良好基础。

【关键词】纳米线；结晶性；电学性质；纳米结构器件

0 引言

随着人们对金属碲化物的研究，发现其在生物磁传感器、磁场测量、光电转换及信息存储等方面都存在着一系列的应用[1-2]。而作为碲化物中的一种，碲化银在热电材料、发光性质、快离子导电性、非线性光学以及巨磁阻效应等领域也存在着潜在的应用[3]。最近，出现了一种基于碲化银纳米结构的新型纳米装置，比起通常的多晶块体碲化银，这种纳米装置由于在力学、电学、光学、以及磁效应性能等方面所显示的特殊性能，已经引起人们广泛的研究兴趣。因此，针对一维碲化银纳米结构的合成方法出现了很多报道[4-5]。随着纳米微加工技术的发展，目前针对一维纳米结构器件的电输运性质的测量技术已日臻成熟。然而，虽然现在有很多关于块体或者薄膜的碲化银[6]的热电性能的研究报道，但是关于单根碲化银纳米线的电导性质的研究还没有报道。

根据之前的文献报道，Ag2Te样品的制备主要包括以下两种方法：一种是在水溶液下用有毒的碲化氢气体进行反应[7]；另一种方法是在高温条件下让银元素和碲元素直接反应[8]，但是通过这种方法获得的样品的化学计量比、结晶度及颗粒大小都难以有效的控制，并且一般都存在不纯的混合相。在本文中，我们在没有使用任何模板和表面活性剂的情况下，通过设备简单，成本低廉的水热方法[9]，合成出了分散均匀的具有高纯度、形貌均匀，结晶性良好的单晶碲化银纳米线，并对其进行表征。尤其重要的是，第一次对单根Ag2Te纳米线的导电性能进行测试。首先采用在位电场组装[10]的方法构筑单根碲化银纳米结构器件，通过伏安法测试出样品I-V曲线，然后对样品进行加热。在加热的过程中，碲化银样品会出现相变，在相转变温度附近，测试其导电性能的变化并分析实验结果。相信通过对单根碲化银纳米线的导电性质的首次研究，会为今后我们进一步开展对一维纳米材料的电学性能研究提供理论支持，同时也为将来的纳米器件[11]的应用提供了非常有力的依据。

1 实验步骤

（1）准备AgNO32mmol，Na2TeO31mmol，将二者溶解到30mL水溶液中，然后搅拌5分钟混合均匀。（2）用滴管分别取水合肼（80%）0.8mL、氨水（25%）0.8mL，迅速的滴入（1）中的混合溶液。（3）把真空干燥箱加热到180℃，再把（2）中的混合溶液迅速转移到容量为30mL的高压反应釜中，然后放到已经加热好的真空干燥箱中并且保持24 小时。（4）反应结束后将反应釜取出，自然冷却至室温。

所得样品的成相分析通过X射线粉末衍射（即XRD， Philips XPert Pro，Cu-Kα，λ=0.154056nm，操作电流为40mA，操作电压为40kV）表征。形貌和尺寸是通过扫描电子显微镜（SEM， JEOL JSM-5600LV）观察，样品化学组成通过固定在扫描电子显微镜（SEM， JEOL JSM-5600LV）上的X射线能量色散光谱仪测得。

我们采用在位电场组装的方法先把Ag2Te纳米线组装到Au电极上，然后再通过扫描电子显微镜，进一步观察是否成功地将单根Ag2Te纳米线组装到电极上。组装成功后，在室温条件下对单根纳米线的伏安特性进行I-V测试，并在氮气保护下，通过Keithley 4200-SCS测试系统，使电极从室温25°C 加热到205°C，对单根碲化银纳米线的电流转变特性进行研究。加热过程中加热速率为10℃/min，测试电压为0.8V。

2 结果与讨论

图1（a）是Ag2Te纳米线的扫描图，从图可知，该样品形貌可控，分布均匀，而且是结晶良好的超长纳米线，其长度达到了数十微米，样品直径约为200nm。图1（b）是碲化银纳米线的XRD谱图，相应的米勒指数和衍射峰分别标注在图中。XRD谱图的所有衍射峰均与（JCPDS34-0142）相吻合，该样品的晶格常数为a=0.8169nm，b=0.894nm及c=0.8065nm，是单斜晶相碲化银。

图1 碲化银纳米线（a）SEM图，（b）碲化银XRD谱图，（c）碲化银纳米线的EDS图

为了进一步分析样品的化学组成成分，我们对样品进行EDS测试。图1（c）是对碲化银纳米线所做的EDS能谱图，相应的EDS图证实该样品共包含碲和银两种元素，碲和银之间的原子比例为22比43。

图2 （a） 单根碲化银纳米线样品在常温下的I-V测试图，其中小插图是所测试的搭在电极上的单根碲化银纳米线，（b） 单根碲化银纳米线的电流随温度变化曲线

我们分别对室温下单根Ag2Te纳米线I-V特性以及从室温到205℃升温过程中的电流-温度（I-T）关系变化进行测试，如图2所示。其中，图2（a）中的插图是所测试的搭在电极上的单根碲化银纳米线的SEM图。从图2（a）中我们可以看出碲化银纳米线的两端都和金属Au电极发生接触，这样就构成了金属-半导体-金属（M-S-M）结构。在两点式探针接触装置中，由于低温下的碲化银半导体呈现单斜相即β-Ag2Te，图2（a）中的I-V曲线在两个方向都是非线性的且具有对称性的，这种导电特点符合室温下半导体的参数特性，跟以前的文献报道相一致[5，12]。

图2（b）是样品从室温开始加热过程中的电流-温度（I-T）变化曲线。刚开始加热时，样品的电流在增大，此时的碲化银属于低温单斜相（β-Ag2Te），是低热导率的窄带半导体，具有高电子迁移率和良好的半导体性质。而当样品加热到100℃左右的时候，其电流值开始发生缓慢的减小，说明碲化银样品开始由单斜晶相（β-Ag2Te）向面心立方相（α-Ag2Te）转变[5，12]。随着温度继续升高，我们会发现电流突然发生了突变，即从1.15×10-5A变到 6.76×10-7A，这表示样品在随后的加热过程中由低温单斜晶相（β-Ag2Te） 彻底地转变成高温面心立方相（α-Ag2Te）。随着相变的发生，样品导电性下降了两个数量级，这表明此时的高温面心立方相（α-Ag2Te）带隙增宽，Ag离子可以在以Te离子构成面心立方晶格结构自由的移动。在测试中我们发现了巨大的电流变化趋势，这是非常有趣的现象，这为我们以后致力于研制新型的纳米器件提供了有力的参考依据。

3 总结

本文运用水热方法制备了高纯度，结晶性良好的一维碲化银纳米线。通过各种微纳米设备，我们对样品进行了一系列的表征。

常温下，单根碲化银纳米线的I-V曲线具有对称性且在两个方向都是非线性的。随着温度的升高，出现的电流突变表明了在单根碲化银纳米线中发生了从单斜相到面心立方相的相转变，并且在高温相时，碲化银表现出良好的超离子导电性。基于以上结论，碲化银可以作为一种很好的场传感器和热电材料而得到应用，重要的是，这一实验结果促进了我们以后对新型的纳米器件特性进行更深层次的研究。

【参考文献】

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[责任编辑：朱丽娜]