[發(fā)明專利]一種制備硅納米結(jié)構(gòu)材料的方法

在審

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• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103526299A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭奎慶;劉琳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類號: C30B33/10
• 分類號: C30B33/10;C25F3/14;C25F3/12;B82Y40/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備硅納米結(jié)構(gòu)材料的方法，屬于新材料與納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和奇異的光、電和熱等物理化學(xué)性能，硅納米結(jié)構(gòu)材料在太陽能電池、熱電器件、鋰離子電池以及光催化等領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景，是新材料和納米材料領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)之一。硅納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法有很多種，常用的有氣液固和氧化物輔助生長等方法。但是由于生長機(jī)制限制，氣-液-固和氧化物輔助生長等方法需要較高的溫度和復(fù)雜的設(shè)備，硅納米結(jié)構(gòu)材料的制備效率很低且成本較高。最近提出的金屬催化刻蝕方法可以在室溫快速制備大面積硅納米線陣列等硅納米結(jié)構(gòu)材料[參見：中國專利CN1382626；中國專利申請?zhí)?005100117533；中國專利ZL200810183135.0]。與氣-液-固等生長方法相比[參見：中國專利00117242.5，公開號1277152，公開日期2000.12.20]，利用金屬催化刻蝕方法制備硅納米結(jié)構(gòu)材料不需要高溫和復(fù)雜的設(shè)備，而且效率高、成本低，目前該方法在國際上已被廣泛采用；但是目前所報(bào)道的金屬催化刻蝕方法都需要在氫氟酸腐蝕溶液中添加硝酸銀或雙氧水等氧化劑才能實(shí)現(xiàn)硅納米結(jié)構(gòu)材料的刻蝕制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種新型的低成本制備硅納米結(jié)構(gòu)材料的方法。本發(fā)明利用溶解在氫氟酸溶液中的氧氣作為氧化劑實(shí)現(xiàn)硅納米結(jié)構(gòu)材料的刻蝕制備，不需要在氫氟酸溶液中添加硝酸銀或雙氧水等氧化劑，因而方法簡單易行、成本非常低廉，所制備的硅納米結(jié)構(gòu)材料是優(yōu)異的太陽能電池材料、光催化材料、熱電材料和鋰離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明方法包括下述步驟：

(1)采用化學(xué)鍍或真空熱蒸發(fā)沉積技術(shù)在潔凈的硅片表面上沉積一層金屬銀或金納米顆粒薄膜；

(2)采用光刻技術(shù)和真空熱蒸發(fā)沉積技術(shù)在潔凈的硅片表面上沉積一層規(guī)則的金屬銀或金納米顆粒薄膜；

(3)將步驟(1)得到的硅片和石墨棒或金、銀、鉑電極一起浸入含有氫氟酸溶液的容器中，并用導(dǎo)線將硅片和石墨棒或金、銀、鉑電極連接起來，在25-50攝氏度條件下反應(yīng)完成后得到硅納米結(jié)構(gòu)材料；

(4)將步驟(2)得到的硅片和石墨棒或金、銀、鉑電極一起浸入含有氫氟酸溶液的容器中，并用導(dǎo)線將硅片和石墨棒或金、銀、鉑電極連接起來，在25-50攝氏度條件下反應(yīng)完成后得到硅納米結(jié)構(gòu)材料。

在上述一種制備硅納米結(jié)構(gòu)材料的方法中，所選擇的硅片可以是單晶硅片或多晶硅片，所述步驟(3)和(4)中的氫氟酸溶液濃度范圍為1-20mol／L。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的硅納米結(jié)構(gòu)材料的掃描電鏡形貌圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

實(shí)施例1

將潔凈的硅片放入5mol／L氫氟酸和0.25mol／L硝酸銀的混合溶液中，在25攝氏度在硅表面化學(xué)鍍銀1分鐘，隨后將得到的硅片和石墨棒浸入2mol／L氫氟酸水溶液中，浸入氫氟酸水溶液中的石墨棒與硅片面積的比為8：1，用導(dǎo)線將硅片和石墨棒連接起來，在25攝氏度腐蝕20分鐘，便得到硅納米結(jié)構(gòu)材料。

實(shí)施例2

將潔凈的硅片放入5mol／L氫氟酸和0.25mol／L硝酸銀的混合溶液中，在25攝氏度在硅表面化學(xué)鍍銀1分鐘，隨后將得到的硅片和石墨棒浸入5mol／L氫氟酸水溶液中，浸入氫氟酸水溶液中的石墨棒與硅片面積的比為8：1，用導(dǎo)線將硅片和石墨棒連接起來，在25攝氏度腐蝕100分鐘，便得到硅納米結(jié)構(gòu)材料。

實(shí)施例3

將潔凈的硅片放入10mol／L氫氟酸和0.25mol／L硝酸銀的混合溶液中，在25攝氏度在硅表面化學(xué)鍍銀1分鐘，隨后將得到的硅片和石墨棒浸入5mol／L氫氟酸水溶液中，浸入氫氟酸水溶液中的石墨棒與硅片面積的比為20：1，用導(dǎo)線將硅片和石墨棒連接起來，在25攝氏度腐蝕60分鐘，便得到硅納米結(jié)構(gòu)材料。

實(shí)施例4

將潔凈的硅片放入10mol／L氫氟酸和0.25mol／L硝酸銀的混合溶液中，在25攝氏度在硅表面化學(xué)鍍銀1分鐘，隨后將得到的硅片和石墨棒浸入10mol／L氫氟酸水溶液中，浸入氫氟酸水溶液中的石墨棒與硅片面積的比為20：1，用導(dǎo)線將硅片和石墨棒連接起來，在25攝氏度腐蝕60分鐘，便得到硅納米結(jié)構(gòu)材料。

實(shí)施例5