一種多孔硅基有序氧化鎢納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏材料的制備方法，特別涉及一種多孔硅基有序氧化鎢納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境遭到越來越嚴(yán)重的破壞，同時人類的健康也面臨著巨大的危險。氮氧化物氣體是一種可導(dǎo)致酸雨和光化學(xué)煙霧的有毒有害氣體。隨著人類環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們對氮氧化物氣體傳感器性能的要求也越來越高。其中，研宄可在室溫條件下高靈敏度、高選擇性、可重復(fù)性檢測氮氧化物氣體是目前氣體傳感器發(fā)展的重要方向之一。而要獲得這種高性能的氣體傳感器，首先就要制備出可以滿足這些要求的納米材料。
[0003]氧化鎢是一種寬禁帶的N型金屬氧化物半導(dǎo)體，已經(jīng)有報道提到它對顯、勵2等氮氧化物氣體的檢測有很好的選擇性與靈敏度。然而和大多數(shù)金屬氧化物半導(dǎo)體類似，氧化鎢的工作溫度較高，這極大地增加了傳感器的功耗。此外，基于氧化鎢的氣體傳感器仍普遍存在反應(yīng)時間長、氣體選擇性差等氣敏特性問題，這對氣體傳感技術(shù)的微型化、集成化發(fā)展增加了許多復(fù)雜性和不穩(wěn)定性。為此科技人員一直致力于降低氣敏材料工作溫度的研宄。研宄表明，一維氧化鎢納米結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積、表面活性以及較強(qiáng)的氣體吸附能力，從而能加快氣體之間的反應(yīng)，在進(jìn)一步提高靈敏度的同時有效的較低工作溫度。
[0004]硅基多孔硅是一種在硅片表面形成孔徑尺寸、孔道深度以及孔隙率可調(diào)的極具潛力的新型氣敏材料。此外，因制作工藝易與微電子工藝技術(shù)兼容，硅基多孔硅成為最具吸引力的研宄領(lǐng)域之一。其特殊的微觀結(jié)構(gòu)可獲得巨大的比表面積，并且可以為氣體的擴(kuò)散提供有效通道，使其具有良好的氣敏性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種多孔硅基有序氧化鎢納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中氣敏材料工作溫度較高的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種多孔硅基有序氧化鎢納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下列步驟:
[0007](I)硅基片的清洗:
[0008]將P型單面拋光的單晶硅基片放入濃硫酸與過氧化氫的混合液中浸泡30?50min，隨后置于氫氟酸與去離子水的混合液中浸泡20?40min，然后分別在丙酮和乙醇中超聲清洗5?20min，最后將娃基片放入無水乙醇中備用；
[0009](2)制備多孔硅:
[0010]采用雙槽電化學(xué)腐蝕法在步驟(I)的單晶硅片的拋光表面制備多孔硅層，所用電解液由質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸和質(zhì)量濃度為40%二甲基甲酰胺組成，體積比為1:2，在室溫且不借助光照的環(huán)境下通過改變電流密度和腐蝕時間改變多孔硅的平均孔徑和厚度，施加的電流密度為50?100mA/cm2，腐蝕時間為5?1min ；
[0011](3)制備種子溶液:
[0012]將鎢酸鈉全部溶解于去離子水中，隨后逐滴加入稀鹽酸，直至不再產(chǎn)生白色沉淀，然后將混合液靜置30?60min，將上層清液倒掉后再利用低速離心機(jī)離心底層的沉淀，再將沉淀溶入10?30ml的過氧化氫中形成濃度為0.5?IM的黃色透明的種子溶液；
[0013](4)制備種子層:
[0014]將步驟(3)中制備的種子溶液旋涂于步驟(2)中所制備的多孔硅上，種子層旋涂的次數(shù)為5次，然后置于馬弗爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為600?700°C，保溫時間為2h，升溫速率為2?5°C /min ；
[0015](5)水熱法制備多孔硅基多維氧化鎢復(fù)合結(jié)構(gòu):
[0016]首先配置反應(yīng)液，稱取鎢酸鈉，將其全部溶解于去離子水中，形成濃度為0.05?
0.lmol/L的鎢酸鈉溶液，利用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至酸性，隨后將溶液稀釋并用草酸進(jìn)一步調(diào)節(jié)PHo接著移取配置好的反應(yīng)液至水熱反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，然后將(4)中附著有種子層的多孔硅襯底插在樣品架上水平騰空置于內(nèi)襯中，最后將反應(yīng)釜置于恒溫干燥箱中恒溫反應(yīng)；
[0017](6)水熱反應(yīng)后多孔娃基片的清洗和干燥:
[0018]將步驟(5)中水熱反應(yīng)后的多孔硅基片反復(fù)經(jīng)去離子水和無水乙醇浸泡清洗，然后在50?80°C的真空干燥箱中干燥5?1h。
[0019]所述步驟(I)的P型單面拋光的單晶硅片的電阻率為10?15Ω.cm，厚度為300?400 μ m，晶向為(100)，硅基片襯底的尺寸為2.1?2.5cmX0.8?0.9cm0
[0020]所述步驟(5)中反應(yīng)的pH值分兩步進(jìn)行調(diào)節(jié)，先利用稀鹽酸將溶液pH值調(diào)至
1.5?2.0，再利用草酸將稀釋后的溶液的pH調(diào)至1.5?3.0。
[0021]所述步驟(5)稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至酸性，隨后將溶液稀釋10倍。
[0022]所述步驟(5)中水熱反應(yīng)條件為180 °C下恒溫反應(yīng)2h。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:提供了一種制備一維有序氧化鎢納米棒的方法，形成具有較大比表面積和氣體擴(kuò)散通道的多孔硅與有序氧化鎢納米棒的復(fù)合結(jié)構(gòu)。并重點研宄了溶液PH值對多孔硅基氧化鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)微觀形貌的影響。該方法具有設(shè)備簡單、操作方便、可重復(fù)性好、成本低廉等優(yōu)點，同時這一材料將在降低氣敏傳感器工作溫度、提高傳感器的靈敏度方面提高很大的研宄空間。
【附圖說明】
[0024]圖1是實施例1所制備的多孔娃表面掃描電子顯微鏡照片；
[0025]圖2是實施例1所制備的多孔硅斷面掃描電子顯微鏡照片；
[0026]圖3是實施例1所制備的多孔硅基有序氧化鎢納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面掃描電子顯微鏡照片；
[0027]圖4是實施例1所制備的多孔硅基有序氧化鎢納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)的斷面掃描電子顯微鏡照片；
[0028]圖5是實施例2所制備的多孔硅基氧化鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面掃描電子顯微鏡照片；
[0029]圖6是實施例3所制備的多孔硅基氧化鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面掃描電子顯微鏡照片；
[0030]圖7是實施例3所制備的多孔硅基氧化鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的高倍掃描電子顯微鏡照片；
[0031]圖8是實施例4所制備的多孔硅基氧化鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面掃描電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0033]本發(fā)明所用原料均采用市售化學(xué)純試劑。
[0034]實施例1
[0035](I)硅基片的清洗
[0036]將2寸P型電阻率為10?15 Ω.cm，厚度為400 μm，晶向為(100)的單面拋光的單晶硅基片，切割成尺寸為2.4cmX0.9cm的矩形硅基底，將硅片放入體積比為3:1的濃硫酸與過氧化氫混合液中浸泡30min，隨后置于體積比為1:1的氫氟酸與去離子水混合液中浸泡20min，然后分別在丙酮和乙醇中超聲清洗20min，最后將硅基片放入無水乙醇中備用。
[0037](2)制備多孔硅
[0038]采用雙槽電化學(xué)腐蝕法在步驟(I)的單晶硅片的拋光表面制備多孔硅層，所用電解液由質(zhì)量濃度為4