使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，它包括以下步驟：（a）將冶金級硅浸入不同有機溶液中，分別超聲處理15~30分鐘；（b）將超聲處理后的冶金級硅浸入氧化溶液中，在50~90℃條件下反應0.5~5小時得氧化冶金級硅；（c）置于質量濃度為10~30%氫氟酸溶液；（d）真空濺射30~60秒得到銀沉積冶金級硅；（e）將所述銀沉積冶金級硅浸入氫氟酸與強氧化物的混合溶液中，在40~80℃條件下超聲1~5小時后取出放入管式爐中通含氟氣體2~3小時并進行干燥；（f）表面進行剝離得到多孔硅納米線。一方面離子濺射儀沉積的銀納米粒子顆粒均勻，有利于在硅納米線上形成孔徑均勻的多孔結構；另一方面縮短時間、提高效率；而且該發(fā)明簡單易行，適于大規(guī)模生產。
【專利說明】使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備領域，涉及一種多孔硅納米線的方法，具體涉及一種使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法。

【背景技術】
[0002]目前硅納米線的制備方法主要包括激光燒蝕法、化學氣相沉積法(CVD)、熱氣相沉積法和溶液法等。其中，溶液法由于工藝簡單，條件要求低等優(yōu)點越來越得到關注。但目前溶液法得到的硅納米線都是通過刻蝕價格較高的硅片，成本高，產量低，難以在工業(yè)上大量生產。而且由于硅片雜質少，表面均一，通過刻蝕得到的納米線也往往很難產生多孔結構。同時，制備的納米線多數均一性不好，很難做到精確刻蝕。通過硝酸銀和氫氟酸的混合溶液對硅片進行刻蝕，一方面不利于在硅片表面進行選擇性刻蝕得到硅納米線陣列，另一方面，由于硅片本身存在多方面如價格和數量上的制約，限制了硅納米線的大量制備。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足而提供一種使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法。
[0004]為解決以上技術問題，本發(fā)明采取的一種技術方案是:一種使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，它包括以下步驟:
Ca)將冶金級硅浸入不同有機溶液中，分別超聲處理15~30分鐘；
(b)將超聲處理后的冶金級硅浸入氧化溶液中，在50~90°C條件下反應0.5-5小時得氧化冶金級硅；
(c)將所述氧化冶金級硅置于質量濃度為10~30%氫氟酸溶液中，反應1~10分鐘得到剝離氧化層的冶金級硅；
Cd)將所述剝離氧化層的冶金硅放入離子濺射儀中，真空濺射30~60秒得到銀沉積冶金級硅；
(e)將所述銀沉積冶金級硅浸入氫氟酸與強氧化物的混合溶液中，在40~80°C條件下超聲1~5小時后取出放入管式爐中通含氟氣體2~3小時并進行干燥；
(f)使用膠帶紙對干燥后的冶金級硅表面進行剝離得到多孔硅納米線。
[0005]優(yōu)化地，所述步驟(e沖，在40-800C條件下超聲1~5小時后，用去離子水和硝酸溶液交替沖洗除去其表面的銀。
[0006]優(yōu)化地，所述步驟(a)中，冶金級硅浸入有機溶液超聲處理15~30分鐘，再浸入去離子水中超聲處理15~30分鐘。
[0007]優(yōu)化地，所述有機溶液為丙酮、乙醇或乙酸乙酯。
[0008]優(yōu)化地，步驟(b)中，所述氧化溶液為質量濃度為50~80%的硝酸溶液或者質量濃度為10~50%的雙氧水溶液。
[0009]優(yōu)化地，所述步驟(b)中，在50~90°C條件下反應0.5-5小時得氧化冶金級硅后將其用去咼子水沖洗1~5遍。
[0010]優(yōu)化地，步驟(e)中，所述強氧化物為過硫酸銨或H2O2。
[0011]所述步驟(e)中，所述含氟氣體為CF4、SFjP NF 3中的一種或者幾種組成的混合氣體，其流速為200~300sccm。
[0012]由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點:本發(fā)明使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，通過利用離子濺射儀沉積有銀納米粒子的冶金級硅浸入氫氟酸與強氧化物的混合溶液中，在40~80°C條件下超聲1~5小時即可制得多孔硅納米線，一方面離子濺射儀沉積的銀納米粒子顆粒均勻，有利于在硅納米線上形成孔徑均勻的多孔結構；另一方面利用超聲波能夠加快氫氟酸和強氧化物在冶金級硅上的刻蝕速度，縮短時間、提高效率；而且該發(fā)明簡單易行，適于大規(guī)模生產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例2制備的多孔硅納米線的掃描電鏡圖；
圖2是本發(fā)明實施例3制備的多孔硅納米線的掃描電鏡圖。

【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，它包括以下步驟:
(a)將冶金級硅浸入不同有機溶液中，分別超聲處理15~30分鐘，以去除冶金級硅塊表面的有機層；
(b)將超聲處理后的冶金級硅浸入氧化溶液中，在50~90°C條件下反應0.5-5小時得氧化冶金級娃，即在冶金級娃塊表面形成二氧化娃氧化層；；
(c)將所述氧化冶金級硅置于質量濃度為10~30%氫氟酸溶液中，反應1~10分鐘得到剝離氧化層的冶金級硅；
Cd)將所述剝離氧化層的冶金硅放入離子濺射儀中，真空濺射30~60秒得到銀沉積冶金級娃，從而在冶金級娃塊表面形成顆粒均勾的銀納米粒子(粒徑為2~3納米)；
(e)將所述銀沉積冶金級硅浸入氫氟酸與強氧化物的混合溶液中，在40~80°C條件下超聲1~5小時后取出放入管式爐中通含氟氣體2~3小時并進行干燥；由于銀納米粒子覆蓋的硅刻蝕速度遠遠大于未被其覆蓋硅的刻蝕速度，因此隨著刻蝕反應的進行，銀納米粒子沿著冶金級硅襯底逐漸下沉，形成多孔硅納米線；由于刻蝕過程中會產生雜質沉積在冶金級硅片的底部，因此需要將其放入通有含氟氣體的管式爐中，從而除去雜質；
(f)使用膠帶紙對干燥后的冶金級硅表面進行剝離得到多孔硅納米線。
[0015]步驟(a)中，冶金級硅浸入有機溶液超聲處理15~30分鐘，再浸入去離子水中超聲處理15~30分鐘，以充分去除冶金級硅上殘留的有機溶液，有機溶液為丙酮、甲醇、乙醇或乙酸乙酯，這些有機溶液由于沸點較低，易于除去。步驟(b)中，所述氧化溶液為質量濃度為50-80%的硝酸溶液或者質量濃度為10~50%的雙氧水溶液；在50~90°C條件下反應0.5-5小時得氧化冶金級硅后將其用去離子水沖洗1~5遍，防止氧化溶液與氫氟酸反應，使其喪失刻蝕的作用。步驟(e)中，所述強氧化物為過硫酸銨或!1202。步驟(e)中，含氟氣體為CF4、SFdP NF 3中的一種或者幾種組成的混合氣體，其流速為200~300sccm。
[0016]下面將結合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行詳細說明: 實施例1
本實施例提供一種使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，具體為:
(a)將形狀不規(guī)則的冶金級硅塊切割成大小合適，厚度較均一的片狀硅塊，隨后將其分別浸入乙醇、丙酮中，超聲處理15分鐘，去除硅塊表面的有機雜質；再浸入去離子水中超聲處理15分鐘；
(b)將超聲處理后的硅塊浸入質量濃度為50%的硝酸溶液中，在50°C條件下反應5小時得氧化冶金級硅，再用去離子水沖洗I遍；
(c)將上述的氧化冶金級硅置于質量濃度為10%的氫氟酸溶液中，反應10分鐘得到剝離氧化層的冶金級硅；
Cd)將剝離氧化層的冶金硅放入離子濺射儀中，真空濺射30秒得到銀納米粒子沉積冶金級硅；
(e)將銀納米粒子沉積冶金級硅浸入lOmol/L的氫氟酸和lmol/L的過硫酸銨混合溶液中，在40°C條件下超聲5小時后取出，用去離子水和質量濃度為50%硝酸溶液交替沖洗除去其表面的銀，將除去表面銀的冶金級硅放入管式爐中，在100°C下通入0匕氣體3小時，氣體流速為200sccm ；
(f)使用膠帶紙對冶金級硅表面進行玻璃得到多孔硅納米線。
[0017]實施例2
本實施例提供一種使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，其具體步驟與實施例1中的基本相同，不同的是使用的溶液濃度以及反映時間不一致，具體為:
(a)將形狀不規(guī)則的冶金級硅塊切割成大小合適，厚度較均一的片狀硅塊，隨后將其分別浸入甲醇、丙酮中，超聲處理30分鐘，去除硅塊表面的有機雜質；再浸入去離子水中超聲處理30分鐘；
(b)將超聲處理后的硅塊浸入質量濃度為90%的硝酸溶液中，在90°C條件下反應0.5小時得氧化冶金級硅，再用去離子水沖洗5遍；
(c)將上述的氧化冶金級硅置于質量濃度為30%的氫氟酸溶液中，反應I分鐘得到剝離氧化層的冶金級硅；
Cd)將剝離氧化層的冶金硅放入離子濺射儀中，真空濺射60秒得到銀納米粒子沉積冶金級硅；
Ce)將銀納米粒子沉積冶金級硅浸入5mol/L的氫氟酸和0.5mol/L的雙氧水混合溶液中，在80°C條件下超聲I小時后取出，用去離子水和質量濃度為30%硝酸溶液交替沖洗除去其表面的銀，隨后將其放入管式爐中，在150°C下通入3?6氣體2小時，氣體流速為300sccm ；
(f)最后將冶金級硅用氮氣干燥后，使用膠帶紙對其表面進行玻璃得到多孔硅納米線，其掃描電鏡圖如圖1所示。
[0018]實施例3
本實施例提供一種使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，其具體步驟與實施例1中的基本相同，不同的是使用的溶液濃度以及反映時間不一致，具體為:
(a)將形狀不規(guī)則的冶金級硅塊切割成大小合適，厚度較均一的片狀硅塊，隨后將其分別浸入乙醇、丙酮、乙酸乙酯中，超聲處理20分鐘，去除硅塊表面的有機雜質；再浸入去離子水中超聲處理20分鐘；
(b)將超聲處理后的硅塊浸入質量濃度為50%的雙氧水溶液中，在60°C條件下反應2小時得氧化冶金級硅，再用去離子水沖洗3遍；
(c)將上述的氧化冶金級硅置于質量濃度為20%的氫氟酸溶液中，反應5分鐘得到剝離氧化層的冶金級硅；
Cd)將剝離氧化層的冶金硅放入離子濺射儀中，真空濺射40秒得到銀納米粒子沉積冶金級硅；
(e)將銀納米粒子沉積冶金級硅浸入15mol/L的氫氟酸和3mol/L的過硫酸銨混合溶液中，在60°C條件下超聲2小時后取出，用去離子水和質量濃度為20%硝酸溶液交替沖洗除去其表面的銀，隨后將其放入管式爐中，在80°C下通入即3氣體3小時，氣體流速為250sccm ；
(f)最后將冶金級硅用氮氣干燥后，使用膠帶紙對其表面進行玻璃得到多孔硅納米線。其掃描電鏡圖如圖2所示。
[0019]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種使用冶金級娃制備多孔娃納米線的方法，其特征在于，它包括以下步驟: (a)將冶金級硅浸入不同有機溶液中，分別超聲處理15~30分鐘； (b)將超聲處理后的冶金級硅浸入氧化溶液中，在50~90°C條件下反應0.5-5小時得氧化冶金級硅； (c)將所述氧化冶金級硅置于質量濃度為10~30%氫氟酸溶液中，反應1~10分鐘得到剝離氧化層的冶金級硅； (d)將所述剝離氧化層的冶金硅放入離子濺射儀中，真空濺射30~60秒得到銀沉積冶金級硅； (e)將所述銀沉積冶金級硅浸入氫氟酸與強氧化物的混合溶液中，在40~80°C條件下超聲1~5小時后取出放入管式爐中通含氟氣體2~3小時并進行干燥； (f)使用膠帶紙對干燥后的冶金級硅表面進行剝離得到多孔硅納米線。
2.根據權利要求1所述使用冶金級娃制備多孔娃納米線的方法，其特征在于:所述步驟(e)中，在40~80°C條件下超聲1~5小時后，用去離子水和硝酸溶液交替沖洗除去其表面的銀。
3.根據權利要求1所述使用冶金級娃制備多孔娃納米線的方法，其特征在于:所述步驟(a)中，冶金級硅浸入有機溶液超聲處理15~30分鐘，再浸入去離子水中超聲處理15~30分鐘。
4.根據權利要求1或3所述使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，其特征在于:所述有機溶液為丙酮、乙醇或乙酸乙酯。
5.根據權利要求1所述使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，其特征在于:步驟(b)中，所述氧化溶液為質量濃度為50~80%的硝酸溶液或者質量濃度為10~50%的雙氧水溶液。
6.根據權利要求1或5所述使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，其特征在于:所述步驟(b)中，在50~90°C條件下反應0.5-5小時得氧化冶金級硅后將其用去離子水沖洗1~5 遍。
7.根據權利要求1所述使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，其特征在于:步驟(e)中，所述強氧化物為過硫酸銨或H202。
8.根據權利要求1所述使用冶金級硅制備多孔硅納米線的方法，其特征在于:所述步驟(e)中，所述含氟氣體為CF4、SFjPNF3中的一種或者幾種組成的混合氣體，其流速為200?300sccmo
【文檔編號】C01B33/021GK104445204SQ201410767151
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權日:2014年12月12日
【發(fā)明者】晏成林, 劉杰, 錢濤 申請人:蘇州大學