[发明专利]一种制备硅基金属纳米管的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种制备硅基金属纳米管的方法，特别是在硅基底上生长可控制性的 金属(铜、锌、钛、钴、铬、镁等)纳米管的一种方法。

二、背景技术

众所周知，纳米材料用途广泛，需求逐年增长，已成为化学工业的一项重要业务。 金属纳米管由于具有一系列独特的性能，在催化、燃料电池、传感器、微电子等领域 具有广阔的应用前景，因此受到越来越多的关注。

公知的制备金属纳米管的方法主要有两种，一种是纳米多孔聚合物或阳极氧化铝 模板电化学沉积法，另一种是表面活性剂模板还原法。

专利文献03127069.7中公开了一种利用纳米多孔聚合物的方法制备金属纳米管的 方法，该发明涉及一种新的制备工艺，制备聚合物纳米纤维模板，并在其表面上镀覆 金属膜，然后去除聚合物纳米纤维。该方法制备的金属纳米管管径由聚合物纳米纤维 的直径控制；通过调整含磷量得到不同磁特性的钴沉积层，因而可获得具有各种不同 磁性的薄膜。该方法工艺简单、成本低，具有技术平台性质。在专利文献200510013466.6 中，采用氧化铝模板法制得的贵金属纳米管具有开口管状结构，其长度可达60μm，外 经约为180～220nm，管壁厚度3～10nm。纳米管的比表面积为120-200m²/g。由于过渡 金属独特的d电子结构及纳米管具有大的比表面积和相对低的金属担载量，使得其在储 氢、催化、燃料电池等领域有着广泛的应用前景，将极大地推动氢能和燃料电池的发 展。在专利文献03127069.7中，利用两性金属氢氧化物在过量碱存在下可以形成配位 阴离子，在表面活性剂“软模板”的作用下，经直接水热处理或利用氧化还原反应，制 备两性金属氧化物及其金属纳米管。此过程操作简单，纳米尺寸容易控制，是一种高 效率、低成本的具有产业化前景的制备方法。

模板法是制备纳米材料的一种普遍方法，但是用此方法能够合成的纳米管种类太 少，比较难得到厚壁纳米管；而电化学沉积法，只要是能被电镀的金属均能够用此方 法合成纳米管，但是此方法对纳米管长径比、管壁厚度的控制难度较大。无掩模无电 极方法制备硅基金属(铜、锌、钛、钴、铬、镁等)纳米管克服以上的缺点，可以更 容易、更方便、更快捷的得到尺寸可控的金属(铜、锌、钛、钴、铬、镁等)纳米管。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种硅基金属纳米管的制备方法。以半导体硅片为原料，经 电化学腐蚀和金属沉积，制备金属包括铜、锌、钛、钴、铬和镁等的纳米管。该方法 采用无掩模无电极，且制备出的金属纳米管更均匀、管径可控制，其发光性能强，并 且稳定性高，在微电子领域、光电器件的应用等有更大的发展空间。

本发明按以下的步骤实施：

(1)清洗：以市售电阻率为0.01Ω·cm～0.5Ω·cm的P型硅片为原料，将其放入浓 度为50～99.9wt％的丙酮溶液中进行超声清洗1分～30分；再进行浓度为50～99.9wt ％无水乙醇超声清洗1分～30分；放入浓度为60～99.9wt％的硫酸和浓度为10～60 wt％的双氧水按体积比为0.5～10：1的混合溶液中浸泡至不再有气泡放出为止；取 出硅片用去离子水清洗1～10次；将清洗过的硅片放入浓度为5～60wt％的氢氟酸与 去离子水按体积比为0.5～10：1的混合液中漂洗5-10分钟；最后将硅片分别放入浓 度为50～99.9wt％的丙酮溶液和浓度为50～99.9wt％无水乙醇中超声清洗5分～30 分；将处理后的硅片置于50～99.9wt％无水乙醇或50～99.9wt％丙酮中待用；

(2)电化学腐蚀。清洗过的硅片按体积比为0.5～1：5，浓度为5～60wt％氢氟酸 和50～99.9wt％无水乙醇的混合液中进行电化学腐蚀5分～120分，其电流密度为 5mA/cm²～180mA/cm²，为保持硅片表面更加腐蚀均匀，故在电解槽中加入可控搅拌器， 搅拌器速率在20～40r/min。

(3)沉积金属。将腐蚀过后的硅片先用去离子水清洗，再浸入含有微量金属种 的混合溶液中沉积金属5～30分钟，最后取出硅片清洗干净，得到纳米管成品。所述的 含有微量金属种的混合溶液为浓度0.1～5wt％氢氟酸和浓度为20ppb～6000ppb的硝酸 铜、硝酸锌、硝酸钛、硝酸钴、硝酸铬或硝酸镁。

本发明的有益效果是：