[發(fā)明專利]一種以多孔硅為基底制備硅納米管的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210515865.2
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN102942184A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設計）人: 劉祥;程鶴鳴;崔平
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y40/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及新材料的制備方法，尤其涉及硅納米管的制備方法。

背景技術(shù)

硅納米管狀結(jié)構(gòu)存在半導體特性，有較大的帶隙寬度，在硅納米光電器件方面具有很大的應用潛力，在納米技術(shù)領域也有很大的應用前景。目前，關(guān)于硅納米管的制備方法，鮮有報道。這是因為硅原子通常為sp³雜化，原子間形成四面體結(jié)構(gòu)，因此目前報道的硅納米材料多為硅納米線，計算化學方法雖然可以預言硅納米管的存在，但實際上實驗室合成仍存在很多的困難。

湖南大學科研人員設計了一種在水溶液中進行硅納米管制備的方法，他們把純SiO粉末與去離子水在高壓反應釜混合，控制升溫速率，在470oC、壓力為6～8MPa時獲得自組生長的硅納米管，對水熱法獲得硅納米管的機理還在研究之中，所得硅納米管的生長端為閉合結(jié)構(gòu)，其外部直徑一般小于20?nm，平均約15?nm，長度達上百納米。他們還申請了專利（申請?zhí)枺?00410063033.7，名稱：水熱法制備自組生長的硅納米管及硅納米線的方法）。

Young?Hee?Lee等報道了一種在多孔鋁上利用分子束取向附生的方法（molecular?beam?epitaxy，MBE），獲得直徑在40～80?nm左右的硅納米管，長度在1?μm左右，其方法是首先制備多孔氧化鋁模板，在氬氣中進行500oC熱處理，置于MBE室中，室內(nèi)的真空度為6.65×10^-8?Pa，由電子束蒸發(fā)器產(chǎn)生硅原子，堆積產(chǎn)生硅納米管（Seung?Yol?Jeong,?Jae?Yon?Kim,?Hyun?Duk?Yang,?Bin?Nal?Yoon,?Suk-Ho?Choi,?Hee?Kwang?Kang,?Cheol?Woong?Yang,?Young?Hee?Lee*.?Synthesis?of?Silicon?Nanotubes?on?Porous?Alumina?Using?Molecular?Bean?Epitaxy?(分子束取向附生法在多孔氧化鋁上合成硅納米管).?Adv.?Mater.?2003,?15(14):?1172-1176.）。

Deren?Yang等也報道了一種以納米孔道的Al₂O₃為基底，以氬氣、氫氣和硅烷氣體混合物為原料，以化學氣相沉積（chemical?vapor?deposition）的方法，制備了直徑約50～100?nm的硅納米管，其制備的方法是：將金催化劑沉積到兩端開口的納米氧化鋁的納米孔道內(nèi)，放入石英爐，在20Pa的壓力及620oC下，通入混合氣，一定時間后獲得硅納米管（Jian?Sha,?Junjie?Niu,?Xiangyang?Ma,?Jin?Xu,?Xiaobing?Zhang,?Qin?Yang,?Deren?Yang*.?Silicon?Nanobubes?(硅納米管).?Adv.?mater.?2002,?14(17):?1219-1221.）。

申請?zhí)枮?00810038215.7的專利是利用SiO和Si等混合粉末為起始原料，以少量稀土元素為間接催化劑，在高溫度下獲得硅納米管。

申請?zhí)枮?00810014146.6的專利是采用四氯化硅和過量鋅粉為原料，在450～550oC，反應8～12h，再經(jīng)冷卻、鹽酸處理、清洗抽濾，50～60oC下烘干后獲得硅納米管。

申請?zhí)枮?01110111770.X的專利是利用Mg對SiO₂的還原作用，在催化劑作用下，將SiO₂納米球還原成硅的納米管，該硅納米管由兩步合成：(1)利用表面活性劑水熱合成SiO₂納米球前驅(qū)物；(2)用固相鎂熱法在催化劑作用下合成硅納米管。

申請?zhí)枮?01110328166.2的專利描述了硅納米管的制作方法，該方法包括以下步驟：在硅片上熱氧化生長二氧化硅層，在二氧化硅層上依次沉積多晶硅和氮化硅；刻蝕氮化硅和多晶硅，形成頂部覆蓋有氮化硅的多晶硅線；在多晶硅線一側(cè)，以第一角度進行離子注入；去除多晶硅線上的氮化硅；在多晶硅線另一側(cè)，以第二角度進行離子注入；在多晶硅線上熱氧化生長二氧化硅膜形成硅納米管。

綜上所述，目前制備硅納米管的方法大都是以含硅的化合物為硅源，高溫條件促進硅原子的生成及其自組生長過程，通過無序堆積產(chǎn)生硅納米管。其特點是要么需要高溫條件，要么需要多孔模板作為支撐材料，制備過程復雜，反應條件苛刻。

發(fā)明內(nèi)容