[發明專利]硅納米柱狀陣列材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610604267.0
• 申請日: 2016-07-28
• 公開（公告）號: CN106277822B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 李志剛;馮尚申;王天樂;南浩善
• 申請（專利權）人: 李志剛;臺州學院
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22;B81C1/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 臺州市南方商標專利事務所(普通合伙) 33225
• 代理人: 白家駒

本發明公開了一種硅納米柱狀陣列材料，包括襯底和硅納米柱狀陣列膜，所述硅柱狀陣列膜覆蓋于所述襯底上；所述硅納米柱狀陣列膜包括多個硅納米柱，各所述硅納米柱緊密排列成蜂窩狀六角陣列；各所述硅納米柱的直徑為50 nm~500 nm，硅納米柱的高度為10 nm~150 nm。本發明還公開了所述硅納米柱狀陣列材料的制備方法。本發明基于膠體晶體模板，合成各種尺寸可控的硅納米柱狀陣列，該柱狀陣列不僅具有良好的光吸收性能，而且其光吸收峰位和硅納米柱尺寸具有良好的尺寸相關性。本發明所制備的硅納米柱狀陣列材料成本低、適用面廣、制備簡便、易于推廣，使其在防反射、光敏器件、能源器件等方面具有重要的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種硅納米柱狀陣列材料及其制備方法。

背景技術

硅納米柱出現了量子限域效應、非定域量子相干效應、非線性光學效應及庫侖阻塞效應，并表現出了不同于體硅的性質，如較好的光致發光性能、場發射特性以及較低的熱傳導率等。硅納米柱的這些特殊性質，使其在微/納光電子器件中具有巨大的應用價值。最近，人們發現二維硅（硅）納米結構材料，如納米柱、納米線和納米錐等，在紫外-可見-近紅外區間，由于其吸收太陽光的寬波段、低反射特點，使其在高效太陽能電池、防反射膜等方面具有廣闊的應用前景。

傳統的硅二維納米結構材料，通常采用刻蝕的方法制備，而刻蝕法往往成本貴且操作復雜，不利于大規模生產。

發明內容

本發明的目的是解決傳統的硅二維納米結構材料成本高，制備工藝復雜，不利于大規模生產的技術問題。

為實現以上發明目的，一方面，本發明提供一種硅納米柱狀陣列材料，包括襯底和硅納米柱狀陣列膜，所述硅柱狀陣列膜覆蓋于所述襯底上；

所述硅納米柱狀陣列膜包括多個硅納米柱，各所述硅納米柱緊密排列成蜂窩狀六角陣列；

各所述硅納米柱的直徑為50 nm ~500 nm，硅納米柱的高度為10 nm ~150 nm。

進一步地，所述硅納米柱的光吸收峰位滿足以下關系式：

式中，為硅納米柱的光吸收峰位，d為硅納米柱的直徑，h為硅納米柱的高度；

且所述硅納米柱的光吸收峰位的范圍為200 nm ~2400 nm。

進一步地，所述襯底為玻璃襯底或硅片襯底。

另一方面，本發明提供一種硅納米柱狀陣列材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）清洗襯底；

（2）在所述襯底上合成膠體晶體模板；

（3）通過磁控濺射，在帶有所述膠體晶體模板的所述襯底上合成硅納米柱狀陣列膜，并通過真空加溫去除所述膠體晶體模板。

進一步地，所述步驟（1）中，當所述襯底為玻璃襯底時，清洗所述襯底的工序包括：

（101）將所述襯底置于丙酮中超聲清洗40±5分鐘，然后用蒸餾水清洗多次；

（102）將所述襯底置于乙醇中超聲清洗40±5分鐘，然后用蒸餾水清洗多次；

（103）將所述襯底置于蒸餾水中超聲清洗30±5分鐘；

（104）將所述襯底置于濃硫酸和雙氧水的混合液中浸泡8±0.5小時，然后超聲清洗60±5分鐘，再用蒸餾水反復清洗；其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3:1；

（105）將所述襯底置于氨水、雙氧水和去離子水的混合液中超聲清洗60±5分鐘，用蒸餾水清洗多次后置于蒸餾水中待用；其中氨水：雙氧水：去離子水的體積比為1:1:3。