一種低摻雜多孔p型硅納米線的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指低摻雜多孔P型硅納米線常溫制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單晶多孔硅納米線具有獨(dú)特的半導(dǎo)體性質(zhì)、光電性質(zhì)和良好的機(jī)械性質(zhì)、生物相容性、巨大的比表面積，且表面容易進(jìn)行修飾，在光催化、生物傳感器和光電器件等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。目前學(xué)者易經(jīng)研究出多種制備單晶多孔硅納米線的方法，其中金屬輔助化學(xué)腐蝕法主要通過原位還原等方法在硅材料表面沉積一層金屬納米顆粒，再經(jīng)過腐蝕液不同時(shí)間的腐蝕處理，最后用酸液溶解去除表面附著的金屬顆粒得到單晶多孔硅納米線。金屬輔助化學(xué)腐蝕法易于操作，設(shè)備簡單，反應(yīng)時(shí)間短，單晶多孔硅納米線的孔徑和長度易于調(diào)控。
[0003]金屬輔助化學(xué)腐蝕法是制備單晶多孔硅納米線的直接有效的方法。但是，用金屬輔助化學(xué)腐蝕法時(shí)，單晶硅材料的摻雜程度會(huì)影響得到的硅納米線的表面粗糙度，甚至決定了是否會(huì)產(chǎn)生孔徑結(jié)構(gòu)。研究表明，一般以價(jià)格昂貴的高摻雜型硅材料(N型娃片電阻:小于0.02 Ω.cm ;P型娃片電阻率:小于0.005 Ω.cm)作為原材料才能用金屬輔助化學(xué)腐蝕法制出具有多孔結(jié)構(gòu)的硅納米線(J.Am.Chem.Soc.，2009，9，3550 ；NanoLett.，2009，9，4539)。在這種制備過程中，生產(chǎn)成本較高，嚴(yán)重制約了多孔硅納米線的的實(shí)際應(yīng)用。
[0004]目前有少量報(bào)道提供了用低摻雜硅片通過金屬輔助化學(xué)腐蝕法制備低摻雜多孔硅納米線的方法，但是此方法一般限于以N型低摻雜硅為原材料，且制備過程要求加熱(J.Mater.Chem.，2011，21，801)，造成能源和生產(chǎn)資料的浪費(fèi)，且樣品的孔徑和長度較難調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種低摻雜多孔P型硅納米線的制備方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1:將低摻雜P型硅材料浸入濃硫酸和過氧化氫的混合液中，浸泡5?10分鐘后取出，再放入2?10wt%的氫氟酸溶液中浸泡I?10分鐘后獲得第一制材；
[0007]其中，所述濃硫酸和過氧化氫的混合液中，濃硫酸和過氧化氫的比例為3:1?4:1 ；
[0008]步驟2:將所述第一制材移入濃度為5?15mmol/L的金屬硝酸鹽水溶液中，浸泡30?120秒，使所述第一制材上沉積金屬納米顆粒后獲得第二制材；
[0009]其中，所述金屬硝酸鹽溶液的溶劑為2?10wt%氫氟酸水溶液；
[0010]步驟3:用水清洗所述第二制材；
[0011]步驟4:將經(jīng)過步驟3清洗后的第二制材放入濃度為0.1?0.6mol/L的過氧化氫溶液中，常溫下腐蝕2?60分鐘后取出，獲得第三制材；
[0012]其中，所述過氧化氫溶液的溶劑為2?10wt%氫氟酸水溶液；
[0013]步驟5:將所述第三制材放入硝酸水溶液中浸泡I?5小時(shí)，即獲得所述低摻雜多孔P型娃納米線。
[0014]進(jìn)一步地，所述金屬硝酸鹽水溶液的濃度為5?12.5mmol/L。
[0015]進(jìn)一步地，所述金屬硝酸鹽為硝酸銀或硝酸鐵。
[0016]進(jìn)一步地，所述氫氟酸水溶液的濃度為5?10wt%。
[0017]進(jìn)一步地,所述P型娃納米線的阻抗為0.005?I Ω.cm。
[0018]進(jìn)一步地，所述硝酸水溶液濃度為6.5?10wt%。
[0019]有益效果:
[0020]本發(fā)明提供的多孔硅納米線的常溫制備和調(diào)控長度和孔徑的方法，實(shí)現(xiàn)了孔徑均勻、可穩(wěn)定儲(chǔ)存的低摻雜單晶多孔P型硅納米線的常溫制備。通過改變過氧化氫腐蝕液的濃度和反應(yīng)時(shí)間等因素，可以在5?20納米范圍內(nèi)調(diào)控低摻雜P型多孔硅納米線的孔徑大小，以及在I?50微米范圍內(nèi)調(diào)控長度；過氧化氫的濃度越大，孔徑越大，過氧化氫的反應(yīng)時(shí)間越長，納米線的長度越長。且使用的原材料為價(jià)格低廉的低摻雜的硅材料，大幅度降低了多孔硅納米線的制備成本。本發(fā)明在光電器件方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1低摻雜多孔P型硅納米線的掃描電鏡圖。
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1低摻雜多孔P型硅納米線的透射電鏡圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2低摻雜多孔P型硅納米線的掃描電鏡圖。
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2低摻雜多孔P型硅納米線的透射電鏡圖。
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3低摻雜多孔P型硅納米線的掃描電鏡圖。
[0026]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3低摻雜多孔P型硅納米線的透射電鏡圖。
[0027]圖7為本發(fā)明實(shí)施例4低摻雜多孔P型硅納米線的掃描電鏡圖。
[0028]圖8為本發(fā)明實(shí)施例4低摻雜多孔P型硅納米線的透射電鏡圖。
[0029]圖9為本發(fā)明實(shí)施例5低摻雜多孔P型硅納米線的掃描電鏡圖。
[0030]圖10為本發(fā)明實(shí)施例5低摻雜多孔P型硅納米線的透射電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明各實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0032]實(shí)施例1
[0033]首先，配制各種溶液。
[0034]分別配制5wt%和10wt%的氫氟酸(HF)水溶液，備用。
[0035]取1ml上述5wt%的HF水溶液，然后加入14.1mg硝酸銀(AgNO3),攪拌溶解配成8.3mmol/L 的 AgNO3 溶液。
[0036]取一定量市售30wt%的過氧化氫(H2O2)，加入一定量上述10wt%的HF水溶液，混合均勻后配成H2O2物質(zhì)的量濃度為0.27mol/L的H2O2-HF溶液。
[0037]取市售的98wt%的濃硫酸和30wt%的過氧化氫，按照體積比為3:1配制混合溶液，備用;
[0038]取市售的65wt%的濃硝酸，加蒸餾水配制10wt%的硝酸溶液，備用；
[0039]本實(shí)施例的原材料采用尺寸為1x2cm的硅片，摻雜類型為P型，材料阻抗為0.005 ?I Ω.cm。
[0040]下面介紹這種低摻雜多孔P型硅納米線的具體制備步驟。
[0041]步驟1:將低摻雜P型硅材料浸入上述濃硫酸和過氧化氫的混合液中，浸泡10分鐘后取出，再放入5wt%的HF溶液中浸泡10分鐘后，去除上述P型硅材料表面附著的有機(jī)雜質(zhì)，獲得第一制材。
[0042]步驟2:將所述第一制材移入上述濃度為8.3mmol/L的AgNO3溶液中，浸泡60秒，使所述第一制材上沉積銀納米顆粒后獲得第二制材。
[0043]步驟3:用大量去離子水清洗所述第二制材。
[0044]步驟4:將經(jīng)過步驟3清洗后的第二制材放入濃度為0.27mol/L的H2O2溶液中，常溫下腐蝕反應(yīng)30分鐘后取出，獲得第三制材。
[0045]步驟5:將所述第三制材放入10wt%的硝酸溶液中浸泡2小時(shí)，即獲得所述低摻雜多孔P型硅納米線產(chǎn)品。如圖1、圖2所示，本實(shí)施例獲得的低摻雜多孔P型硅納米線孔徑、長度均勻，其表面呈現(xiàn)單晶結(jié)構(gòu)，孔徑大小約20nm，長度約為ΙΟμπι。
[0046]實(shí)施例2
[0047]參照實(shí)施例1的方法,分別配制5wt%、10wt%的HF水溶液、8.3mmol/L的AgNO3溶液、0.27mol/L的H2O2-HF溶液、濃硫酸和過氧化氫(體積比3:1)的混合液，10wt%的硝酸溶液。本實(shí)施例的原材料與實(shí)施例1 一致。
[0048]具體制備步驟為:
[0049]步驟1:將低摻雜P型硅材料浸入上述濃硫酸和過氧化氫的混合液中，浸泡10分鐘后取出，再放入5wt%的HF溶液中浸泡10分鐘后，獲得第一制材；
[0050]步驟2:將所述第一制材移入上述濃度為8.3mmol/L的AgNO3溶液中，浸泡60秒，使所述第一制材上沉積銀納米顆粒后獲得第二制材；
[0051]步驟3:用大量去離子水清洗所述第二制材；
[0052]步驟4:將經(jīng)過步驟3清洗后的第二制材放入濃度為0.27mol/L的H2O2溶液中，常溫下腐蝕反應(yīng)5分鐘后取出，獲得第三制材。
[0053]步驟5:將所述第三制材放入10wt%的硝酸溶液中浸泡5小時(shí)，即獲得所述低摻雜多孔P型硅納