[发明专利]一种低掺杂多孔P型硅纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备的技术领域，尤其是指低掺杂多孔P型硅纳米线常温制备方法。 

背景技术

单晶多孔硅纳米线具有独特的半导体性质、光电性质和良好的机械性质、生物相容性、巨大的比表面积，且表面容易进行修饰，在光催化、生物传感器和光电器件等方面具有重要应用价值。目前学者易经研究出多种制备单晶多孔硅纳米线的方法，其中金属辅助化学腐蚀法主要通过原位还原等方法在硅材料表面沉积一层金属纳米颗粒，再经过腐蚀液不同时间的腐蚀处理，最后用酸液溶解去除表面附着的金属颗粒得到单晶多孔硅纳米线。金属辅助化学腐蚀法易于操作，设备简单，反应时间短，单晶多孔硅纳米线的孔径和长度易于调控。 

金属辅助化学腐蚀法是制备单晶多孔硅纳米线的直接有效的方法。但是，用金属辅助化学腐蚀法时，单晶硅材料的掺杂程度会影响得到的硅纳米线的表面粗糙度，甚至决定了是否会产生孔径结构。研究表明，一般以价格昂贵的高掺杂型硅材料(N型硅片电阻：小于0.02Ω·cm；P型硅片电阻率：小于0.005Ω·cm)作为原材料才能用金属辅助化学腐蚀法制出具有多孔结构的硅纳米线（J.Am.Chem.Soc.,2009,9,3550；Nano Lett.,2009,9,4539）。在这种制备过程中，生产成本较高，严重制约了多孔硅纳米线的的实际应用。 

目前有少量报道提供了用低掺杂硅片通过金属辅助化学腐蚀法制备低掺杂多孔硅纳米线的方法，但是此方法一般限于以N型低掺杂硅为原材料，且制备过程要求加热（J.Mater.Chem.,2011,21,801），造成能源和生产资料的浪费，且样品的孔径和长度较难调控。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种低掺杂多孔P型硅纳米线的制备方法，包括如下步骤： 

步骤1：将低掺杂P型硅材料浸入浓硫酸和过氧化氢的混合液中，浸泡5～10分钟后取出，再放入2～10wt%的氢氟酸溶液中浸泡1～10分钟后获得第一制材； 

其中，所述浓硫酸和过氧化氢的混合液中，浓硫酸和过氧化氢的比例为3:1～4:1； 

步骤2：将所述第一制材移入浓度为5～15mmol/L的金属硝酸盐水溶液中，浸泡30～120秒，使所述第一制材上沉积金属纳米颗粒后获得第二制材； 

其中，所述金属硝酸盐溶液的溶剂为2～10wt%氢氟酸水溶液； 

步骤3：用水清洗所述第二制材； 

步骤4：将经过步骤3清洗后的第二制材放入浓度为0.1～0.6mol/L的过氧化氢溶液中，常温下腐蚀2～60分钟后取出，获得第三制材； 

其中，所述过氧化氢溶液的溶剂为2～10wt%氢氟酸水溶液； 

步骤5：将所述第三制材放入硝酸水溶液中浸泡1～5小时，即获得所述低掺杂多孔P型硅纳米线。 

进一步地，所述金属硝酸盐水溶液的浓度为5～12.5mmol/L。 

进一步地，所述金属硝酸盐为硝酸银或硝酸铁。 

进一步地，所述氢氟酸水溶液的浓度为5～10wt%。 

进一步地，所述P型硅纳米线的阻抗为0.005～1Ω·cm。 

进一步地，所述硝酸水溶液浓度为6.5～10wt%。 

有益效果： 

本发明提供的多孔硅纳米线的常温制备和调控长度和孔径的方法，实现了孔径均匀、可稳定储存的低掺杂单晶多孔P型硅纳米线的常温制备。通过改变过氧化氢腐蚀液的浓度和反应时间等因素，可以在5～20纳米范围内调控低掺杂P型多孔硅纳米线的孔径大小，以及在1～50微米范围内调控长度；过氧化氢的浓度越大，孔径越大，过氧化氢的反应时间越长，纳米线的长度越长。且使用的原材料为价格低廉的低掺杂的硅材料，大幅度降低了多孔硅纳米线的制备成本。本发明在光电器件方面具有潜在的应用价值，具有很好的社会效益和经济效益。 

附图说明

图1为本发明实施例1低掺杂多孔P型硅纳米线的扫描电镜图。 

图2为本发明实施例1低掺杂多孔P型硅纳米线的透射电镜图。 

图3为本发明实施例2低掺杂多孔P型硅纳米线的扫描电镜图。 

图4为本发明实施例2低掺杂多孔P型硅纳米线的透射电镜图。 

图5为本发明实施例3低掺杂多孔P型硅纳米线的扫描电镜图。 

图6为本发明实施例3低掺杂多孔P型硅纳米线的透射电镜图。 

图7为本发明实施例4低掺杂多孔P型硅纳米线的扫描电镜图。 

图8为本发明实施例4低掺杂多孔P型硅纳米线的透射电镜图。 

图9为本发明实施例5低掺杂多孔P型硅纳米线的扫描电镜图。