专利名称：一种在硅片表面制备银纳米材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过化学方法在硅片表面制备银纳米材料的方法，属于纳米材料
制备领域。
背景技术：
纳米银是一种新兴的功能材料，具有很高的比表面积和表面活性，广泛用作催化 材料、防静电材料、低温超导材料和生物传感器材料等。 纳米银的制备方法很多，包括化学还原法，微乳液法，外场辅助法，电化学法，模板法等。 化学还原法一般是指在液相条件下，用还原剂还原银的化合物制备纳米银材料 的方法，现有化学还原法通常是在溶液中加入分散剂，以水合肼、硼氢化钠、次亚磷酸钠、 葡萄糖、抗坏血酸、双氧水等作还原剂还原银的化合物，如文献"Sun Y.G.， Mayers B.， Herricks T. ， etal. Polyol synthesis of uniform silver nanowires :A plausible growth mechanism and the supportingevidence. Nano Letters,2003，3(7) :955-960，，禾口 "Sun Y. G. ， Xia Y. N. Shape-controlled synthesis of goldand silver nanoparticles. Science, 2002， 298 (5601) :2176-2179"。目前所用化学还原法制备的纳米粒子易于团聚，通 常需要添加一些特殊的有机化合物如表面活性剂、聚合物或配合物作为包覆剂(稳定剂) 钝化纳米粒子表面，阻止纳米粒子之间的可能团聚。 由于纳米微粒易于团聚，因此，微乳液(反胶束)法作为一种软模板技术被用来 制备尺寸均一、粒径可控的纳米颗粒。微乳液法中微乳液通常由水、表面活性剂和油的三 元混合物或由水，表面活性剂，助活性剂和油的四元混合物所组成，该法可合成特定尺寸 和形貌的纳米材料，能把晶粒的成核和生长限制在反胶束的水核中，如文献"Bagwe R. P.， Khilar K. C. Effectsof intermicellar exchange rate on the formation of silver nanoparticles in reverse microemulsionsof AOT丄angmuir， 2000， 16 (3) :905-910，，禾口 "May S. ， Ben_Shaul A. Molecular theory of thesphere_to_rod transition and the second CMC in叫ueous micellar solutions. Journal of PhysicalChemistry B，2001， 105(3) :630-640"。然而，微乳液法制备纳米银也存在一些不足。例如，在该体系中需要加 入大量的表面活性剂和有机溶剂，合成成本较高。另外，添加的表面活性剂和有机溶剂需要 和纳米银粒子进行分离，操作困难。 外场辅助法如微波辅助法等也被用来制备银的纳米材料。微波的穿透能力强，加 热均匀，具有快速的容积加热效应，能在短时间内快速提升体系的反应速率等优点，将微波 应用于纳米材料的合成具有简便、快速、纳米晶粒易于成核等优点。微波辅助制备银纳米材 茅斗方法如文献"Liu F. K. ，Huang P. W. ，Chang Y. C. ， et al. Microwave-assisted synthesis of silvernanorods. Journal of Materials Research, 2004， 19 (2) :469-473，，。然而，夕卜场 辅助方法需要外场设备，同时，该法获得的纳米粒子粒径分布相对较宽，欲获得小尺寸、窄 分布的银纳米微粒或团簇往往比较困难。
电化学法是根据电化学原理，在溶液中产生自由电子，为银离子的还原提供条件， 如文献"Zhang Y. H. ， Chen F. ， Zhuang J. H. ， et al. Synthesis of silver nanoparticles via electrochemicalreduction on compact zeolite film modified electrodes. ChemicalCommunications，2002， (23) :2814-2815"。该方法需要电化学装置，同时，在电解 含银化合物水溶液时，通常需要加入一定量配位剂。 模板法，是用阳极氧化铝(AA0)、纳米管、介孔Si02、 DNA、表面活性剂如PVP、 A0T 及CTAB等作为模板制备纳米线与纳米棒，如文献"Malandrino G. ， Finocchiaro S. T.， Fragalal. L Silver nanowires by a sonoself—reduction template process. Journal of MaterialsChemistry，2004，14(18) :2726-2728"和"Behrens S. ， Wu J. ， Habicht W.， et al. Silver nanoparticle andnanowire formation by microtubule templates. Chemistry of Materials, 2004， 16 (16) :3085-3090"。模板法优点是能够严格控制纳米线 的形貌，缺点是纳米线尺寸受模板尺寸限制，不同尺寸纳米线需制备不同模板，产量低，成 本过高。
发明内容
本发明的目的是提供一种在硅片表面制备银纳米材料的方法，属于化学还原法， 克服了现有化学还原法需要添加包覆剂，即稳定剂的不足，克服了微乳液法需要添加表面 活性剂和有机溶剂的不足，克服了外场辅助法需要外场辅助设备，如微波发生装置的不足， 克服了电化学法需要电化学装置的不足，克服了模板法需额外模板的不足，操作简单，成本 低廉。 本发明解决其技术问题，所采用的技术方案如下
—种在硅片表面制备银纳米材料的方法，包括以下步骤 步骤一 对硅片表面进行清洗，对硅片的清洗顺序是用丙酮震荡清洗5-10分钟， 然后用乙醇震荡清洗5-10分钟，再用98%的硫酸和30%的过氧化氢混合溶液清洗5-10分 钟，所述98%的硫酸和30%的过氧化氢的容积比为3 : 1。 步骤二 将清洗过的硅片放入浓度为2. 3mol/L-4. 6mol/L的氢氟酸和浓度为 0. 01mol/L-0. 04mol/L的硝酸银混合溶液中，室温处理0. 5-2分钟。
步骤三取出硅片，用去离子水漂洗后自然晾干。 本发明的有益效果是本发明可以制备出长度为十几到一百微米左右的银纳米材 料。与现有的银纳米材料制备方法相比，本制备方法条件简单，不需要高温，不需要外场辅 助设备，不需要添加稳定剂、表面活性剂和有机溶剂，不需要模板，反应时间短，因此大大降 低了成本。
图1是实施例1制备的银纳米材料的扫描电镜照片。
图2是实施例1制备的银纳米材料的XRD能谱图。
图3是实施例2制备的银纳米材料的扫描电镜照片。
图4是实施例3制备的银纳米材料的扫描电镜照片。
图5是实施例4制备的银纳米材料的扫描电镜照片。
图6是实施例5制备的银纳米材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1 将硅片用丙酮震荡清洗5分钟，然后用乙醇震荡清洗5分钟，再用98%的硫酸 和30 %的过氧化氢混合溶液清洗5分钟，所述98%的硫酸和30 %的过氧化氢的容积比为 3 : 1。将清洗过的硅片放入2. 3mol/L的氢氟酸和0.02mol/L的硝酸银混合溶液中，室温 处理2分钟。取出硅片，用去离子水漂洗后自然晾干。在硅片上制备的银纳米材料的扫描 电镜照片如图l所示，从图中可以看出，制备的银纳米材料呈枝状，最大直径870纳米，最 大长度23. 15微米。在硅片上制备的银纳米材料的EDS能谱图如图2所示，从图中可以看 出，在银纳米材料上选取一点009，该点处元素(Element)银(Ag)的原子含量(Atom% )为 69. 02%，说明其是银纳米材料。
实施例2 将硅片用丙酮震荡清洗8分钟，然后用乙醇震荡清洗8分钟，再用98%的硫酸 和30 %的过氧化氢混合溶液清洗8分钟，所述98%的硫酸和30 %的过氧化氢的容积比为 3 : 1。将清洗过的硅片放入2. 3mol/L的氢氟酸和0.01mol/L的硝酸银混合溶液中，室温 处理1分钟。取出硅片，用去离子水漂洗后自然晾干。在硅片上制备的银纳米材料的扫描 电镜照片如图3所示。
实施例3 将硅片用丙酮震荡清洗10分钟，然后用乙醇震荡清洗10分钟，再用98%的硫酸 和30%的过氧化氢混合溶液清洗10分钟，所述98%的硫酸和30%的过氧化氢的容积比为 3:1。将清洗过的硅片放入3. 5mol/L的氢氟酸和0.03mol/L的硝酸银混合溶液中，室温 处理2分钟。取出硅片，用去离子水漂洗后自然晾干。在硅片上制备的银纳米材料的扫描 电镜照片如图4所示。
实施例4 将硅片用丙酮震荡清洗5分钟，然后用乙醇震荡清洗5分钟，再用98 %的硫酸 和30%的过氧化氢混合溶液清洗5分钟，所述98%的硫酸和30%的过氧化氢的容积比为 3 : 1。将清洗过的硅片放入4.6mol/L的氢氟酸和0.02mol/L的硝酸银混合溶液中，室温 处理1分钟。取出硅片，用去离子水漂洗后自然晾干。在硅片上制备的银纳米材料的扫描 电镜照片如图5所示。
实施例5 将硅片用丙酮震荡清洗10分钟，然后用乙醇震荡清洗10分钟，再用98%的硫酸 和30%的过氧化氢混合溶液清洗10分钟，所述98%的硫酸和30%的过氧化氢的容积比为 3:1。将清洗过的硅片放入4.6mol/L的氢氟酸和0.04mol/L的硝酸银混合溶液中，室温 处理2分钟。取出硅片，用去离子水漂洗后自然晾干。在硅片上制备的银纳米材料的扫描 电镜照片如图6所示。
权利要求
一种在硅片表面制备银纳米材料的方法，其特征在于包括以下步骤步骤1对硅片表面进行清洗。步骤2将清洗过的硅片放入浓度为2.3mol/L-4.6mol/L的氢氟酸和浓度为0.01mol/L-0.04mol/L的硝酸银混合溶液中，室温处理0.5-2分钟。步骤3取出硅片，用去离子水漂洗后自然晾干。
2. 按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤1中对硅片表面进行清洗 的具体过程是用丙酮震荡清洗5-10分钟，然后用乙醇震荡清洗5-10分钟，再用98%的硫 酸和30 %的过氧化氢混合溶液清洗5-10分钟，所述98 %的硫酸和30 %的过氧化氢的容积 比为3 : 1。
全文摘要
本发明公开了一种在硅片表面制备银纳米材料的方法，属于纳米材料制备领域。首先对硅片表面进行清洗，然后将其放入氢氟酸和硝酸银的混合溶液中，在室温条件下处理1-2分钟，取出硅片，用去离子水漂洗后自然晾干，即可得到在硅片表面生长的银纳米材料。本制备方法条件简单，不需要高温，不需要外场辅助设备，不需要添加稳定剂、表面活性剂和有机溶剂，不需要模板，反应时间短，成本低廉。
文档编号C23C18/18GK101775594SQ20101010658
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者何洋, 姜澄宇, 尹恒许, 田梦君, 苑伟政 申请人:西北工业大学