[發明專利]一種制備硅基金屬納米管的方法

無效

• 申請號: 200810058837.6
• 申請日: 2008-08-22
• 公開（公告）號: CN101343034A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發明（設計）人: 馬文會;王華;楊斌;徐寶強;劉大春;戴永年;馬婷婷;魏奎先;伍繼君;熊恒;梅向陽;秦博;楊亞娣;汪鏡福
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;C25D5/00
• 代理公司: 昆明慧翔專利事務所
• 代理人: 程韻波

一、技術領域

本發明涉及一種制備硅基金屬納米管的方法，特別是在硅基底上生長可控制性的 金屬(銅、鋅、鈦、鈷、鉻、鎂等)納米管的一種方法。

二、背景技術

眾所周知，納米材料用途廣泛，需求逐年增長，已成為化學工業的一項重要業務。 金屬納米管由于具有一系列獨特的性能，在催化、燃料電池、傳感器、微電子等領域 具有廣闊的應用前景，因此受到越來越多的關注。

公知的制備金屬納米管的方法主要有兩種，一種是納米多孔聚合物或陽極氧化鋁 模板電化學沉積法，另一種是表面活性劑模板還原法。

專利文獻03127069.7中公開了一種利用納米多孔聚合物的方法制備金屬納米管的 方法，該發明涉及一種新的制備工藝，制備聚合物納米纖維模板，并在其表面上鍍覆 金屬膜，然后去除聚合物納米纖維。該方法制備的金屬納米管管徑由聚合物納米纖維 的直徑控制；通過調整含磷量得到不同磁特性的鈷沉積層，因而可獲得具有各種不同 磁性的薄膜。該方法工藝簡單、成本低，具有技術平臺性質。在專利文獻200510013466.6 中，采用氧化鋁模板法制得的貴金屬納米管具有開口管狀結構，其長度可達60μm，外 經約為180～220nm，管壁厚度3～10nm。納米管的比表面積為120-200m²/g。由于過渡 金屬獨特的d電子結構及納米管具有大的比表面積和相對低的金屬擔載量，使得其在儲 氫、催化、燃料電池等領域有著廣泛的應用前景，將極大地推動氫能和燃料電池的發 展。在專利文獻03127069.7中，利用兩性金屬氫氧化物在過量堿存在下可以形成配位 陰離子，在表面活性劑“軟模板”的作用下，經直接水熱處理或利用氧化還原反應，制 備兩性金屬氧化物及其金屬納米管。此過程操作簡單，納米尺寸容易控制，是一種高 效率、低成本的具有產業化前景的制備方法。

模板法是制備納米材料的一種普遍方法，但是用此方法能夠合成的納米管種類太 少，比較難得到厚壁納米管；而電化學沉積法，只要是能被電鍍的金屬均能夠用此方 法合成納米管，但是此方法對納米管長徑比、管壁厚度的控制難度較大。無掩模無電 極方法制備硅基金屬(銅、鋅、鈦、鈷、鉻、鎂等)納米管克服以上的缺點，可以更 容易、更方便、更快捷的得到尺寸可控的金屬(銅、鋅、鈦、鈷、鉻、鎂等)納米管。

三、發明內容

本發明的目的是提供一種硅基金屬納米管的制備方法。以半導體硅片為原料，經 電化學腐蝕和金屬沉積，制備金屬包括銅、鋅、鈦、鈷、鉻和鎂等的納米管。該方法 采用無掩模無電極，且制備出的金屬納米管更均勻、管徑可控制，其發光性能強，并 且穩定性高，在微電子領域、光電器件的應用等有更大的發展空間。

本發明按以下的步驟實施：

(1)清洗：以市售電阻率為0.01Ω·cm～0.5Ω·cm的P型硅片為原料，將其放入濃 度為50～99.9wt％的丙酮溶液中進行超聲清洗1分～30分；再進行濃度為50～99.9wt ％無水乙醇超聲清洗1分～30分；放入濃度為60～99.9wt％的硫酸和濃度為10～60 wt％的雙氧水按體積比為0.5～10：1的混合溶液中浸泡至不再有氣泡放出為止；取 出硅片用去離子水清洗1～10次；將清洗過的硅片放入濃度為5～60wt％的氫氟酸與 去離子水按體積比為0.5～10：1的混合液中漂洗5-10分鐘；最后將硅片分別放入濃 度為50～99.9wt％的丙酮溶液和濃度為50～99.9wt％無水乙醇中超聲清洗5分～30 分；將處理后的硅片置于50～99.9wt％無水乙醇或50～99.9wt％丙酮中待用；

(2)電化學腐蝕。清洗過的硅片按體積比為0.5～1：5，濃度為5～60wt％氫氟酸 和50～99.9wt％無水乙醇的混合液中進行電化學腐蝕5分～120分，其電流密度為 5mA/cm²～180mA/cm²，為保持硅片表面更加腐蝕均勻，故在電解槽中加入可控攪拌器， 攪拌器速率在20～40r/min。

(3)沉積金屬。將腐蝕過后的硅片先用去離子水清洗，再浸入含有微量金屬種 的混合溶液中沉積金屬5～30分鐘，最后取出硅片清洗干凈，得到納米管成品。所述的 含有微量金屬種的混合溶液為濃度0.1～5wt％氫氟酸和濃度為20ppb～6000ppb的硝酸 銅、硝酸鋅、硝酸鈦、硝酸鈷、硝酸鉻或硝酸鎂。

本發明的有益效果是：