金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线及阵列

化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展摘要：SiC纳米线具有优良的物理、化学、电学和光学等性能在光电器件、光催化降解、能量存储和结构陶瓷等方面得到广泛应用。

其制备方法多种多样其中化学气相沉积法（CVD)制备SiC纳米线因具有工艺简单、组成可控和重复性好等优点而备受关注。

近年来在化学气相沉积法制备SiC纳米线以及调控其显微结构方面取得了较多成果。

采用Si粉、石墨粉和树脂粉等低成本原料以及流化床等先进设备,通过化学气相沉积法制备出线状、链珠状、竹节状、螺旋状以及核壳结构等不同尺度、形貌各异的SiC纳米线并且有的SiC纳米线具有优良的发光性能、场发射性能和吸波性能等,为制备新型结构和形貌的SiC纳米线及开发新功能性的SiC纳米器件提供了重要参考。

目前,未添加催化剂时利用气相沉积法制备的SiC纳米线虽然纯度较高但存在产物形貌、尺度和结晶方向等可控性差;制备温度较高和产率相对较低的问题。

而添加催化剂、熔盐以及氧化物辅助可明显降低SiC纳米线的制备温度提高反应速率以及产率但易在SiC 纳米线中引入杂质。

将来应在提高SiC纳米线的纯度、去除杂质方面开展深入研究;还应注重低成本、规模化制备SiC纳米线的研究采用相应措施调控SiC纳米线的显微结构以拓宽SiC纳米线的应用领域。

本文综述了目前国内外采用化学气相沉积制备SiC纳米线的方法分析总结了无催化剂、催化剂、熔盐以及氧化物辅助等各种制备方法的优缺点并对未来的研究进行展望,期望为SiC纳米线的低成本、规模化制备和应用提供理论依据。

引言：SiC纳米线因具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等而表现出独特的电、磁、光、热等物理和化学性质。

同时SiC纳米线还具有优异的力学性能、抗腐蚀性、耐热性以及耐高温氧化性等，使其在复合材料和陶瓷材料的强化增韧中起重要作用调以及吸收性能好，可有效改善材料的场发射性能、催化性能、电化学性能及微波吸收性能等l1。

多功能性的SiC纳米线成为极具广泛应用潜力的理想新型材料。

硅纳米线的制备及其光学性质研究硅纳米线是一种直径在几纳米到几十纳米之间的纳米尺寸的硅材料，具有很好的机械、电子和光学性质。

因此，硅纳米线被广泛应用于光电器件、传感器、能源等领域。

本文将探讨硅纳米线制备方法及其光学性质研究的最新进展。

一、硅纳米线的制备方法目前，制备硅纳米线的方法主要有化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、电化学法、物理气相沉积法等多种方法。

下面将介绍其中几种方法。

1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备硅纳米线的方法。

该方法是利用气相反应在高温条件下使硅源在载气中分解并在衬底上生长成硅纳米线。

其优点是操作简单、成本低，但是需要高温下进行反应，且硅纳米线的直径难以控制。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种化学合成硅纳米线的方法，目前已被广泛应用于制备硅纳米线。

该方法是将硅源与溶剂混合，并通过加热和干燥将其固化成凝胶，再进行热处理，使凝胶转化为纳米尺寸的硅颗粒。

其优点是可以控制硅纳米线的直径，并且还可以控制硅纳米线的形态，比如，可以制备锥形、球形等形态的硅纳米线。

3. 电化学法电化学法是一种制备硅纳米线的常用方法，它是通过在电解液中让硅材料通过电解来制备硅纳米线。

电化学法可以制备出高质量、高密度、高可控性的硅纳米线，在光电器件、化学传感器等领域有着广泛的应用。

二、硅纳米线的光学性质研究硅纳米线具有独特的光学性质，如增强拉曼散射信号、表面等离子体共振等。

其光学性质与硅纳米线的直径、长度、形态等有关。

下面将介绍几种硅纳米线的光学性质研究。

1. 硅纳米线的表面等离子体共振硅纳米线的表面等离子体共振是指硅纳米线表面的自由载流子与光之间的相互作用。

当光照射到硅纳米线表面时，光子会产生激发，并形成表面等离子体共振的现象。

该现象可以应用于传感器、光电器件等领域。

2. 硅纳米线的增强拉曼散射硅纳米线的增强拉曼散射是指硅纳米线表面与分子之间的相互作用所产生的拉曼信号增强现象。

该现象可以用于化学传感器、分子识别等领域。

纳米线阵列的制备与性质研究纳米线阵列（nanowire arrays）是一种由纳米尺度的线状材料组成的有序阵列结构。

这种结构的制备与性质研究对于纳米科技领域具有重要的意义。

本文将探讨纳米线阵列的制备方法以及相关的性质研究。

纳米线阵列的制备方法主要有化学合成法、电化学法和物理方法等。

其中，化学合成法是较为常用的方法之一。

通过控制反应条件和添加适当的表面修饰剂，可以制备出高质量、高密度的纳米线阵列。

电化学法则是通过在电解液中进行电沉积的方式实现纳米线阵列的制备。

在适当的电压和电流密度条件下，可以实现纳米线的有序排列。

物理方法主要包括溅射沉积、热蒸发等方法，通过控制溅射或蒸发的条件，可以制备出具有不同性质的纳米线阵列。

纳米线阵列的性质研究主要涉及其光、电、热等性质。

在光学性质研究方面，纳米线阵列因其尺寸在纳米级别，使其呈现出量子尺寸效应。

这种效应导致纳米线在可见光范围内表现出各种非常规的光学特性。

例如，在某些情况下，纳米线阵列可以表现出增强拉曼散射的现象，这对于生物传感器的应用具有很大的潜力。

此外，纳米线阵列还可以通过表面等离子共振效应实现吸收特定波长的光线，对于太阳能电池等器件具有重要意义。

在电学性质研究方面，纳米线阵列的电导率常常显示出优异的性能。

纳米线阵列具有高的比表面积和良好的载流子传输能力，这使得其在能量转换和储存器件中有着广泛的应用前景。

例如，纳米线阵列可以用于制备高效的柔性电池、超级电容器和光电探测器等。

此外，纳米线阵列还具有较低的能量损耗和高的电子迁移率，这些特性对于纳米电子学领域的发展具有重要影响。

热学性质是纳米线阵列的另一个重点研究领域。

由于其尺寸纳米级别，纳米线阵列往往表现出与宏观材料不同的热传导性能。

纳米线阵列的热导率较低，这可能是由于晶格缺陷、散射等因素导致的。

这种独特的热传导性能对于纳米热电材料的设计和制备具有重要意义。

通过合理调控纳米线阵列的结构和组分，可以实现优异的热电转换效率，从而在能量转化和储存领域有着广泛的应用前景。

基于等效介质理论的纳米线黑硅光学特性研究王珊珊; 韩军; 梁海锋; 殷淑静【期刊名称】《《西安工业大学学报》》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】8页(P513-520)【关键词】纳米线黑硅; 光学特性; 吸光度; 等效介质理论; 衍射级次【作者】王珊珊; 韩军; 梁海锋; 殷淑静【作者单位】西安工业大学光电工程学院西安710021; 西安工业大学西北兵器工业研究院西安710021【正文语种】中文【中图分类】TN291998年，美国哈佛大学的 E.Mazur 教授在研究飞秒激光与物质相互作用的过程中首次制备出一种尖锥状的微纳结构材料——黑硅，其表面具有极低的反射率。

文献[1]报道了贵金属(Pt,Au,Ag等)对氧化剂的还原具有催化活性，其在氢氟酸(HF)与氧化剂的混合溶液中会加快硅片表面的刻蚀，并以此制备出直径约为几十nm，长度为几十nm到十几μm之间的圆柱状结构——纳米线黑硅。

纳米线黑硅阵列是由无数的纳米线黑硅垂直于基底有序排列而成，整体呈现出特殊的“森林结构”，具有较好的减反射性，并且表现出较高的载流子收集效率，最常见的应用是太阳能电池的减反射层[2-3]。

此外，纳米线黑硅阵列还具有高表面活性、量子限制效应和带隙可调等优点[4]，对空气中的湿度、温度及光照均有较高的灵敏度[5]，外部环境的变化会迅速引起纳米材料界面离子价态电子输运的变化[4]，在环境监控器、太阳能电池、生物传感器及光电探测器等方面均具有广泛的应用前景。

目前，纳米线黑硅的制备方法有飞秒激光烧蚀法[6-7]、物理气相沉积法[8-9](Physical Vapor Deposition,PVD)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)、热蒸发法[10]、电化学法[4]及金属辅助化学刻蚀法(Metal-Assisted Chemical Etching，MACE)等。

其中金属辅助催化刻蚀法是制造纳米线黑硅阵列最常用的一种方法，在室温下即可进行，其以工艺简单，成本较低，可大面积均匀实现，制备周期较短等优点得到了极大关注。