[发明专利]一种制备梭形硅纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种硅纳米材料的制备方法，具体涉及一种制备梭形硅纳米材料的方法。

背景技术

硅作为地壳中仅次于氧的含量第二高的元素，在半导体电子工业中有着不可替代的地位。而在纳米技术领域中，硅纳米材料有着优良的光学/电学/机械性能，已在电子、生物、能源等领域展现出了巨大的应用前景，也极大地推动了纳米技术的发展【参见：Ding,Z.F.；Quinn,B.M.；Haram,S.K.；Pell,L.E.；Korgel,B.A.；Bard,A.J.Science2002,296,1293-1297.Ma,D.D.D.；Lee,C.S.；Au,F.C.K.；Tong,S.Y.；Lee,S.T.Science2003,299,1874-1877.Patolsky,F.；Timko,B.P.；Yu,G.H.；Fang,Y.；Greytak,A.B.；Zheng,G.F.；Lieber,C.M.Science2006,313,1100-1104.Howes,P.D.；Chandrawti,R.；Stevens,M.M.Science2014,346,6205.】。因此，为了满足日益增长的应用需求，设计具有新型特定结构并功能化的硅纳米材料变得十分重要。

在过去的几十年里，研究者尝试一系列途径设计具有特定结构(比如：硅纳米颗粒、硅纳米线、硅纳米棒和硅纳米球)的硅纳米材料。这些硅纳米结构独特的光、磁、电学性质为一些很难用常规技术解决的复杂现象提供了新的研究平台。其中，零维的硅纳米颗粒和一维的硅纳米线是目前最具代表性的硅纳米材料。块状硅被认为是半导体微电子工业的最重要的材料之一，由于其间接带隙，块状硅的光学性质却十分低劣，导致其电子空穴复合辐射缓慢。而当减小硅纳米颗粒的尺寸(通常小于5nm)时，可以使电子与空穴的辐射复合几率显著增加，因而硅纳米颗粒拥有独特的光学性质和生物相容性并有望成为新一代生物荧光探针。

近年来，研究者利用硅纳米颗粒超强的荧光稳定性和良好的生物相容性实现了在体内和体外的实时和长程的生物成像。另一方面，硅纳米线被认为是最重要的一维硅纳米材料，拥有独特的光电性质和较大的比表面积。研究人员通过不同的方法(化学气相沉积(CVD)、氧化辅助生长法(OAG))来制备硅纳米线并控制硅纳米线的形貌和表面性质。而功能化的硅纳米线也为生物传感领域(如：场效应晶体管、表面增强拉曼散射)提供了新的应用平台，并可实现包括：核酸、蛋白质、金属离子以及单细胞的高灵敏检测【参见：Kim,S.K.；Day,R.W.；Cahoon,J.F.；Kempa,T.J.；Song,K.D.；Park,H.G.；Lieber,C.M.NanoLett.2012,12,4971-4976.Jeong,H.E.；Kim,I.；Karam,P.；Choi,H.J.；Yang,P.D.NanoLett.2013,13,2864-2869.Dasgupta,N.P.；Liu,C.；Andrews,S.；Prinz,F.B.；Yang,P.D.J.Am.Chem.Soc.2013,135,12932-12935.】。因此，越来越多的研究者立志于发展具有独特光学、电学以及磁学性质的硅纳米结构，为光电子器件、生物医药和能源领域带来新的发展前景。

尽管近年来研究者在设计制备硅纳米结构(如：硅纳米颗粒、硅纳米线、硅纳米棒等)方面取得了重大成就，但设计新型硅纳米结构并进行简单、快速和低成本地制备成为硅纳米技术发展的重要阻碍。然而，现有技术中尚无关于设计兼具荧光和磁学性质的梭形硅纳米结构的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制备梭形硅纳米材料的方法，该方法制备的梭形硅纳米材料不但具有新颖的硅纳米结构，而且具有很好的荧光和磁学特性。

为实现上述目的，本发明在微波辐射条件下，通过还原有机硅并用铁离子诱导合成一维梭形硅纳米材料。

具体的，本发明提供如下技术方案：

本发明的制备梭形硅纳米材料的方法，包括下述步骤：

(1)将硅源与还原性物质按摩尔比0.1～20:1相混合并持续搅拌15min以上，再通入氮气保护；

优选的，所述的硅源为氨丙基三甲氧基甲硅烷、四乙基原硅酸中的至少一种。

优选的，所述的还原性物质为二水合柠檬酸三钠、柠檬酸二钠、柠檬酸中的至少一种。

(2)将含铁离子的溶液加至步骤(1)的溶液中并搅拌过夜，得到前体溶液；

优选的，所述的含铁离子的溶液为浓度0.05～0.10M的氯化铁、硫酸铁或硝酸铁溶液。