一种低掺杂多孔p型硅纳米线的制备方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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型娃片电阻:小于0.02 Ω.cm ;P型娃片电阻率:小于0.005 Ω.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 ；NanoLett.，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。
[0004]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】
[0005]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:
[0006]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I?10分钟后获得第一制材；
[0007]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 ；
[0008]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；
[0009]其中，所述金属硝酸盐溶液的溶剂为2?10wt%氢氟酸水溶液；
[0010]步骤3:用水清洗所述第二制材；
[0011]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；
[0012]其中，所述过氧化氢溶液的溶剂为2?10wt%氢氟酸水溶液；
[0013]步骤5:将所述第三制材放入硝酸水溶液中浸泡I?5小时，即获得所述低掺杂多孔P型娃纳米线。
[0014]进一步地，所述金属硝酸盐水溶液的浓度为5?12.5mmol/L。
[0015]进一步地，所述金属硝酸盐为硝酸银或硝酸铁。
[0016]进一步地，所述氢氟酸水溶液的浓度为5?10wt%。
[0017]进一步地,所述P型娃纳米线的阻抗为0.005?I Ω.cm。
[0018]进一步地，所述硝酸水溶液浓度为6.5?10wt%。
[0019]有益效果:
[0020]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I?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】
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]图10为本发明实施例5低掺杂多孔P型硅纳米线的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合附图对发明各实施例作详细说明。
[0032]实施例1
[0033]首先，配制各种溶液。
[0034]分别配制5wt%和10wt%的氢氟酸(HF)水溶液，备用。
[0035]取1ml上述5wt%的HF水溶液，然后加入14.1mg硝酸银(AgNO3),搅拌溶解配成8.3mmol/L 的 AgNO3 溶液。
[0036]取一定量市售30wt%的过氧化氢(H2O2)，加入一定量上述10wt%的HF水溶液，混合均匀后配成H2O2物质的量浓度为0.27mol/L的H2O2-HF溶液。
[0037]取市售的98wt%的浓硫酸和30wt%的过氧化氢，按照体积比为3:1配制混合溶液，备用;
[0038]取市售的65wt%的浓硝酸，加蒸馏水配制10wt%的硝酸溶液，备用；
[0039]本实施例的原材料采用尺寸为1x2cm的硅片，掺杂类型为P型，材料阻抗为0.005 ?I Ω.cm。
[0040]下面介绍这种低掺杂多孔P型硅纳米线的具体制备步骤。
[0041]步骤1:将低掺杂P型硅材料浸入上述浓硫酸和过氧化氢的混合液中，浸泡10分钟后取出，再放入5wt%的HF溶液中浸泡10分钟后，去除上述P型硅材料表面附着的有机杂质，获得第一制材。
[0042]步骤2:将所述第一制材移入上述浓度为8.3mmol/L的AgNO3溶液中，浸泡60秒，使所述第一制材上沉积银纳米颗粒后获得第二制材。
[0043]步骤3:用大量去离子水清洗所述第二制材。
[0044]步骤4:将经过步骤3清洗后的第二制材放入浓度为0.27mol/L的H2O2溶液中，常温下腐蚀反应30分钟后取出，获得第三制材。
[0045]步骤5:将所述第三制材放入10wt%的硝酸溶液中浸泡2小时，即获得所述低掺杂多孔P型硅纳米线产品。如图1、图2所示，本实施例获得的低掺杂多孔P型硅纳米线孔径、长度均匀，其表面呈现单晶结构，孔径大小约20nm，长度约为ΙΟμπι。
[0046]实施例2
[0047]参照实施例1的方法,分别配制5wt%、10wt%的HF水溶液、8.3mmol/L的AgNO3溶液、0.27mol/L的H2O2-HF溶液、浓硫酸和过氧化氢(体积比3:1)的混合液，10wt%的硝酸溶液。本实施例的原材料与实施例1 一致。
[0048]具体制备步骤为:
[0049]步骤1:将低掺杂P型硅材料浸入上述浓硫酸和过氧化氢的混合液中，浸泡10分钟后取出，再放入5wt%的HF溶液中浸泡10分钟后，获得第一制材；
[0050]步骤2:将所述第一制材移入上述浓度为8.3mmol/L的AgNO3溶液中，浸泡60秒，使所述第一制材上沉积银纳米颗粒后获得第二制材；
[0051]步骤3:用大量去离子水清洗所述第二制材；
[0052]步骤4:将经过步骤3清洗后的第二制材放入浓度为0.27mol/L的H2O2溶液中，常温下腐蚀反应5分钟后取出，获得第三制材。
[0053]步骤5:将所述第三制材放入10wt%的硝酸溶液中浸泡5小时，即获得所述低掺杂多孔P型硅纳