熔化状态下一维金属纳米材料电输运特性的研究

熔化状态下金属纳米材料的电子传输性质是一个饶有兴趣的研究领域，但由于在熔化状态难以保持纳米尺度以及受测试手段等因素的限制，相关工作很少见报道。本项目以沉积在多孔氧化铝模板中直的、Y形的和梯度直径的金属纳米线为研究对象，利用模板一维孔洞的空间限域作用使其在熔化状态时仍维持原有的一维纳米线的形状，研究和分析这些处于熔化状态下金属纳米线的I-V和电阻温度系数特性以及电输运性质与纳米线直径的相关性，初步建立一维熔融金属纳米线电输运性质的测量方法，弄清影响液态金属纳米材料电子传输的关键因素，探究一维尺度下金属纳米材料固-液界面处的电子传输行为，在此基础上进一步揭示一维熔融金属纳米线电子传输的内在规律并提出相关物理模型。相关研究进展既可为今后发展液态金属纳米材料的电子输运理论提供依据，也可为固态纳电子器件在受热环境下热稳定性的评价乃至基于液态纳电子器件的设计和开发提供新的思路和有益的参考。

在本项目的研究中，我们充分利用多孔氧化铝模板的孔洞空间限域作用，获得了金属纳米线在熔化状态时仍维持原有的一维纳米线的形状，研究和分析这些处于熔化状态下金属纳米线的I-V和电阻温度系数特性以及电输运性质与纳米线形状的相关性。进而，初步建立了一维熔融金属纳米线电输运性质的测量方法，分析了影响液态金属纳米材料电子传输的关键因素，探究了一维尺度下金属纳米材料固-液界面处的电子传输行为，并在此基础上进一步探索了一种合金纳米线组份可控的制备方法。根据获得实验数据和相关分析讨论，提出了液态金属纳米材料的电子输运的机理，发表了 SCI 收录论文 7 篇，已培养硕士研究生 2 名，基本实现了本项目的预定目标。通过本项目的开展，取得了一些研究成果。首先，我们首次测量和分析了低熔点金属纳米线在熔化过程中的电输运行为，发现直线形和Y形铋纳米线阵列的电阻在纳米线熔化之前是随温度升高而增大的，表现为正电阻温度系数，但熔化以后铋纳米线阵列的电阻随温度的升高而降低，表现为负电阻温度系数；而直线形铅纳米线阵列的电阻在熔化前后均是随温度的升高而增大。其次，通过多次测量熔化前后电输运性能，发现熔化后再结晶铋纳米线的电阻温度系数转变点低于没熔化过的铋纳米线，进而分析了低熔点金属纳米线在纳米限域条件下再结晶的机理。这些研究成果不仅有利于认识和弄清液态金属纳米材料电输运的内在机理以及影响因素，而且对于熔化状态下金属纳米材料电子输运理论的建立和发展将会产生积极的影响。此外，通过测量纳米线各段金属固液界面电输运性能，了解低熔点金属在固液界面处的原子扩散过程及相关机理，并根据这些结果探讨一种新的合金制备途径。这一研究对于合金纳米结构可控制备和性能调控有着重要的意义。