一种快速制备硅微纳米结构的方法

本发明涉及硅材料，尤其涉及一种快速制备硅微纳米结构的方法。

背景技术：

1、硅纳米材料具有优异的物理、化学和电学性能，因此在能源、电子、生物医学、环境保护等领域有着广泛的应用前景。现有技术中，硅纳米结构的制备方法多种多种，例如纳米硅线制备方法主要有化学气相沉积和氧化物辅助生长技术等。这些方法的反应条件较为苛刻或一些复杂的设备，从而造成较高的生产成本，制备难度较大，例如专利200610117576.1中所提到的硅纳米线的制备方法，需要在1050～1250℃下进行制备，并且保持腔内压枪4500pa。虽然其他一些方法不需要高温和复杂的设备，但存在不能满足其工业化、大规模快速制备的要求。因此，提供一种反应条件温和、成本低、能大规模快速制备硅微纳米结构的方法是现有技术亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种快速制备硅微纳米结构的方法，本发明提供的方法，反应条件温和，成本低，且能大规模快速制备硅微纳米结构。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种快速制备硅微纳米结构的方法，包括以下步骤：

4、(1)在硅片表面化学沉积金属薄膜或旋涂微纳米碳材料溶液，得到预处理的硅片；

5、(2)在亚铁盐、氢氟酸和过氧化氢同时存在的条件下，对所述步骤(1)得到预处理的硅片进行腐蚀处理，得到硅微纳米结构。

6、优选地，所述步骤(1)中金属薄膜中金属为银和金中一种或多种。

7、优选地，所述步骤(1)中在硅片表面化学沉积金属薄膜包括将所述硅片浸没到含氢氟酸和金属盐的溶液中进行沉积处理。

8、优选地，所述含氢氟酸和金属盐的溶液中氢氟酸的质量分数为0.8％～22％，所述含氢氟酸和金属盐的溶液中金属盐的浓度为0.6mmol/l～0.06mol/l。

9、优选地，所述沉积处理的时间为0.5～8min。

10、优选地，所述步骤(1)中微纳米碳材料为石墨颗粒、兰炭颗粒和碳纳米颗粒中一种或多种，所述微纳米碳材料的粒径为7nm～15μm。

11、优选地，所述步骤(2)中在亚铁盐、氢氟酸和过氧化氢同时存在的条件下，对所述步骤(1)得到预处理的硅片进行腐蚀处理包括将所述预处理的硅片浸没到含亚铁盐、氢氟酸、过氧化氢的混合溶液中，进行腐蚀处理，或者向所述预处理的硅片表面滴加亚铁盐溶液，置于含氢氟酸和过氧化氢的蒸汽中进行腐蚀处理。

12、优选地，所述步骤(2)中亚铁盐为硫酸亚铁、氟化亚铁和氯化亚铁中的一种或多种。

13、优选地，所述步骤(2)中腐蚀处理的时间为0.5～50h。

14、优选地，所述步骤(1)和所述步骤(2)所进行的操作温度独立地为10～85℃。

15、本发明提供了一种快速制备硅微纳米结构的方法，首先在硅片表面化学沉积金属薄膜或旋涂微纳米碳材料溶液，在硅片表面附着一层金属薄膜或非金属薄膜作为催化剂，得到预处理的硅片，然后在亚铁盐、氢氟酸和过氧化氢同时存在的条件下，对所述预处理的硅片进行腐蚀处理，得到硅微纳米结构。本发明基于金属催化刻蚀的基础上或碳催化刻蚀，利用由亚铁盐、氢氟酸和过氧化氢构成的fenton体系产生的强氧化性的羟基自由基促进金属或碳催化腐蚀制备硅微纳米结构，实现快速制备硅微纳米结构，且本发明提供的方法简单易行、成本低廉并且便于大规模的工业化生产。实施例的结果显示，由本发明实施例5和28提供的制备方法能够更加快速的制备硅微纳米结构。

技术特征：

1.一种快速制备硅微纳米结构的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属薄膜中金属为银和金中一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中在硅片表面化学沉积金属薄膜包括将所述硅片浸没到含氢氟酸和金属盐的溶液中进行沉积处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含氢氟酸和金属盐的溶液中氢氟酸的质量分数为0.8％～22％，所述含氢氟酸和金属盐的溶液中金属盐的浓度为0.6mmol/l～0.06mol/l。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述沉积处理的时间为0.5～8min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中微纳米碳材料为石墨颗粒、兰炭颗粒和碳纳米颗粒中一种或多种，所述微纳米碳材料的粒径为7nm～15μm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中在亚铁盐、氢氟酸和过氧化氢同时存在的条件下，对所述步骤(1)得到预处理的硅片进行腐蚀处理包括将所述预处理的硅片浸没到含亚铁盐、氢氟酸、过氧化氢的混合溶液中，进行腐蚀处理，或者向所述预处理的硅片表面滴加亚铁盐溶液，置于含氢氟酸和过氧化氢的蒸汽中进行腐蚀处理。

8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中亚铁盐为硫酸亚铁、氟化亚铁和氯化亚铁中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中腐蚀处理的时间为0.5～50h。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和所述步骤(2)所进行的操作温度独立地为10～85℃。

技术总结本发明提供了一种快速制备硅微纳米结构的方法，首先在硅片表面化学沉积金属薄膜或旋涂微纳米碳材料溶液，得到预处理的硅片，然后在亚铁盐、氢氟酸和过氧化氢同时存在的条件下，对所述预处理的硅片进行腐蚀处理，得到硅微纳米结构。本发明基于金属催化刻蚀或碳催化刻蚀的基础上，利用由亚铁盐、氢氟酸和过氧化氢构成的Fenton体系产生的强氧化性的羟基自由基促进金属催化或碳腐蚀制备硅微纳米结构，实现快速制备硅微纳米结构，且本发明提供的方法简单易行、成本低廉并且便于大规模的工业化生产。技术研发人员：胡雅,廖致远,伍林,杨小于,张保国,刘盈受保护的技术使用者：武汉科技大学技术研发日：技术公布日：2024/1/13