專利名稱：二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化硅納米線陣列的制作工藝，尤其涉及一種二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法。
背景技術(shù)：
二氧化硅納米線陣列以其獨特的性質(zhì)，引起越來越多人的注意。二氧化硅納米線陣列在橡膠改性、工程塑料、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)、新型傳感器、能量轉(zhuǎn)換以及納米電子學(xué)中都有著重要的應(yīng)用前景。 但是，由于生長有二氧化硅納米線陣列的硅片本身是剛性材料，所以嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍，所以發(fā)展簡單、高效的二氧化硅納米線陣列的剝離-轉(zhuǎn)移技術(shù)是至關(guān)重要的?，F(xiàn)有技術(shù)中尚無較理想的方法來實現(xiàn)二氧化硅納米線陣列易剝離-轉(zhuǎn)移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本、簡單、高效的二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法，包括步驟A、硅片預(yù)處理清洗單晶硅片；B、硅片上多孔銀膜的制備把0. 085g硝酸銀溶于去離子水中，再加入20ml質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸，然后加入去離子水至100ml，攪拌均勻后，放入步驟A中清洗過的硅片，在室溫25 °C下靜置沉積銀膜2min ；C、硅片上硅納米線陣列的制備取4.1ml質(zhì)量濃度為30%的雙氧水和20ml質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸，加入去離子水配制成IOOml的蝕刻液，把步驟B中制得的表面帶有多孔銀膜的硅片放入蝕刻液中在室溫25°C下靜置蝕刻lOmin，得到表面帶有硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的硅片。D、金屬銀催化氨水氧化及蝕刻，制備與襯底連接力小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)取質(zhì)量濃度為25 28%的氨水按體積比1: 100加入到去離子水中制備刻蝕液，把步驟C中制備的表面帶有納米線陣列結(jié)構(gòu)的硅片放入該蝕刻液中，然后在60°C水浴條件下靜置蝕刻5-10min，制得與硅片連接力非常小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)；E、二氧化硅納米線陣列的剝離在步驟D中的樣品表面滴涂一層硅膠在室溫25°C條件下靜置24h或通過加熱來加快硅膠凝固，待硅膠凝固后，將其揭下來，得到表面帶有二氧化硅納米線陣列的硅膠薄膜；F、二氧化娃納米線陣列的轉(zhuǎn)移取步驟E中的表面帶有帶有二氧化娃納米線陣列的硅膠，通過銀膠把硅膠的納米線陣列面粘到柔性的沙林膜上。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法，由使用溶液沉積法，在硅片上制備一層多孔銀膜，以此銀膜作為催化金屬，放入氫氟酸/雙氧水溶液中進(jìn)行金屬催化化學(xué)蝕刻，在硅片上制備出硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，再放入加有氨水的水溶液中，通過金屬銀催化氨水氧化及蝕刻，制備出與硅襯底連接力小的(甚至脫附)的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，取出樣品后在其上涂覆一層媒介有機(jī)物(例如硅膠)，凝固后揭下這層有機(jī)物薄膜，即可實現(xiàn)二氧化硅納米線陣列從硅襯底上剝離，通過粘結(jié)劑(例如銀膠)即可把這層帶有納米線陣列的有機(jī)物薄膜與任何襯底相粘接(之后，也可把作為媒介的有機(jī)物去除掉)，實現(xiàn)二氧化硅納米線陣列的轉(zhuǎn)移。這種方法操作簡單，成本低，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實施例提供的二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法的工藝流程示意圖。

具體實施例方式下面將對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法，其較佳的具體實施方式
是包括步驟A、硅片預(yù)處理清洗單晶硅片；B、硅片上多孔銀膜的制備把0. 085g硝酸銀溶于去離子水中，再加入20ml質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸，然后加入去離子水至100ml，攪拌均勻后，放入步驟A中清洗過的硅片，在室溫25 °C下靜置沉積銀膜2min ；C、硅片上硅納米線陣列的制備取4.1ml質(zhì)量濃度為30%的雙氧水和20ml質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸，加入去離子水配制成IOOml的蝕刻液，把步驟B中制得的表面帶有多孔銀膜的硅片放入蝕刻液中在室溫25°C下靜置蝕刻lOmin，得到表面帶有硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的硅片。D、金屬銀催化氨水氧化及蝕刻，制備與襯底連接力小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)取質(zhì)量濃度為25 28%的氨水按體積比1: 100加入到去離子水中制備刻蝕液，把步驟C中制備的表面帶有納米線陣列結(jié)構(gòu)的硅片放入該蝕刻液中，然后在60°C水浴條件下靜置蝕刻5-10min，制得與硅片連接力非常小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)；E、二氧化硅納米線陣列的剝離在步驟D中的樣品表面滴涂一層硅膠在室溫25°C條件下靜置24h或通過加熱來加快硅膠凝固，待硅膠凝固后，將其揭下來，得到表面帶有二氧化硅納米線陣列的硅膠薄膜；F、二氧化硅納米線陣列的轉(zhuǎn)移取步驟E中的表面帶有帶有二氧化硅納米線陣列的硅膠，通過銀膠把硅膠的納米線陣列面粘到柔性的沙林膜上。所述步驟C中，通過控制蝕刻時間來控制納米線的長度。所述步驟E中，制得的表面帶有二氧化硅納米線陣列的硅膠薄膜上的納米線的頂端帶有多孔銀膜，如果不需要這層銀膜，則用硝酸去除。所述步驟A包括先用丙酮超聲清洗單晶硅片，再用質(zhì)量濃度為25% -28%的氨水質(zhì)量濃度為30%的雙氧水去離子水=1 I 5體積比的混合液超聲清洗單晶硅片，再用去離子水超聲清洗單晶娃片。本發(fā)明使用溶液沉積法，在硅片上制備一層多孔銀膜，以此銀膜作為催化金屬，放入氫氟酸/雙氧水溶液中進(jìn)行金屬催化化學(xué)蝕刻，在硅片上制備出硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，再放入加有氨水的水溶液中，通過金屬銀催化氨水氧化及蝕刻，制備出與硅襯底連接力小的(甚至脫附)的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，取出樣品后在其上涂覆一層媒介有機(jī)物(例如硅膠)，凝固后揭下這層有機(jī)物薄膜，即可實現(xiàn)二氧化硅納米線陣列從硅襯底上剝離，通過粘結(jié)劑(例如銀膠)即可把這層帶有納米線陣列的有機(jī)物薄膜與任何襯底相粘接(之后，也可把作為媒介的有機(jī)物去除掉)，實現(xiàn)二氧化硅納米線陣列的轉(zhuǎn)移。這種方法操作簡單，成本低，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的金屬銀催化氨水氧化-蝕刻法使得二氧化硅納米線陣列與硅襯底間的連接力非常小(甚至脫附)，借助于有機(jī)粘結(jié)劑可以非常容易 的實現(xiàn)大面積均勻納米線陣列的剝離與轉(zhuǎn)移，而且目標(biāo)襯底基本不受限制(柔性的或非柔性的)。本發(fā)明的基于金屬銀催化氨水氧化-蝕刻法來制備易剝離-轉(zhuǎn)移的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，低成本、簡單、高效，經(jīng)過氨水蝕刻處理后，原有的硅納米線被氧化成二氧化硅且與硅片間的連接力也變得非常弱，可以很容易剝離下來。本方法只需要配制合適氨水蝕刻液濃度以及合適的水浴溫度，就可以制得大面積均勻的易剝離-轉(zhuǎn)移的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備易剝離-轉(zhuǎn)移的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的方法是通過在硝酸銀(AgNO3) /氫氟酸(HF)水溶液中沉積一段時間，在硅片上制備一層多孔銀膜，以此銀膜作為蝕刻催化金屬，放入氫氟酸(HF) /雙氧水(H2O2)溶液中進(jìn)行蝕刻，制備出硅納米線陣列結(jié)構(gòu)。在蝕刻的過程中，多孔銀膜在向下運動的過程中始終處在納米線的根部。然后把樣品放入氨水(NH4OH)溶液中，高溫水浴中保溫一段時間，硅納米線被氧化成二氧化硅納米線，同時納米線根部在銀膜的催化蝕刻下，首先變細(xì)甚至與硅襯底脫離，從而制備出與襯底硅連接力非常弱的，易剝離的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，且多孔銀膜仍粘連在納米線的根部，通過在硅片表面涂覆一層媒介有機(jī)物(像硅膠，聚氟樹脂等)，待有機(jī)物凝固后，揭下來，即可實現(xiàn)二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)剝離(此時原硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的根部變成現(xiàn)在的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的頂端，并且覆蓋了一層網(wǎng)狀銀膜)。借用粘結(jié)劑，可以很容易的把表面帶有納米線陣列結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜轉(zhuǎn)移的想要的襯底上去(之后，也可把剝離時所用媒介有機(jī)物去除)，實現(xiàn)硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移。這種方法的特點有以下幾點二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)由硅納米線陣列結(jié)構(gòu)氧化制得。硅納米線陣列經(jīng)過金屬銀催化氨水氧化-蝕刻處理后，納米線根部變得很細(xì)甚至與硅襯底脫離，這使得納米線陣列結(jié)構(gòu)與底部硅片間的連接力非常小，很容易實現(xiàn)納米線陣列的剝離。剝離后的二氧化硅納米線頂端(原硅納米線根部)帶有一層多孔銀膜。轉(zhuǎn)移的目標(biāo)襯底廣，可以轉(zhuǎn)移到絕大多數(shù)固體襯底(柔性的或非柔性的)上。作為剝離媒介的有機(jī)物選擇廣泛(用后可去除的或是化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的)。納米線的長度可通過在氫氟酸/雙氧水溶液中蝕刻的時間來進(jìn)行精確調(diào)控。此方法不受制備面積的限制，而且非常均勻。
單晶硅片可以重復(fù)使用。成本低，簡單易操作。本發(fā)明利用清潔硅片上制備的多孔銀膜作為催化金屬，通過在氫氟酸/雙氧水中蝕刻來制備硅納米線陣列，再放入氨水溶液中，高溫水浴下通過金屬銀催化氨水氧化及蝕亥IJ，制備出與硅襯底連接力非常小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，再利用有機(jī)物媒介及粘結(jié)劑來實現(xiàn)納米線陣列的剝離-轉(zhuǎn)移。具體實施例所用設(shè)備超聲儀，恒溫水箱。 實驗步驟，如圖1所示1、硅片預(yù)處理依次用丙酮，氨水(質(zhì)量濃度25%-28%):雙氧水(質(zhì)量濃度30%):去離子水=1 I 5 (體積比)和去離子水超聲清洗單晶硅片。2、娃片上多孔銀膜的制備把0. 5mmol (0. 085g)硝酸銀(AgNO3)溶于一定量的去離子水中，再加入0. 46mol (20ml)氫氟酸(HF，質(zhì)量濃度為40 %)，然后加入去離子水至100ml，攪拌均勻后，放入步驟I中清洗過的硅片，靜置沉積銀膜2min (室溫25°C)。3、娃片上娃納米線陣列的制備按一定配比配制蝕刻液,取40mmol (4.1ml)雙氧水(H2O2，質(zhì)量濃度為30%)和0. 46mol (20ml)氫氟酸(HF，質(zhì)量濃度為40%)，加入去離子水配制成IOOml的蝕刻液。把步驟2中表面帶有多孔銀膜的硅片放入蝕刻液中靜置蝕刻IOmin (蝕刻時間不同，納米線長度不同，可精確調(diào)控)(室溫25°C)，得到表面帶有硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的硅片。4、金屬銀催化氨水氧化及蝕刻，制備與襯底連接力小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)把步驟3中制備的表面帶有納米線陣列結(jié)構(gòu)的硅片放入氨水(NH4HOX質(zhì)量濃度為25 28%):去離子水=1 100 (體積比)蝕刻液中，然后立刻放入恒溫水箱中，60°C條件下靜置蝕刻5-10min，就可以制得與襯底連接力非常小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)。5、二氧化硅納米線陣列的剝離在步驟4中的樣品表面滴涂一層硅膠(硅膠粘度可調(diào))室溫25°C條件下靜置24h (也可以通過加熱來加快硅膠凝固)，硅膠凝固后，將其揭下來，就可得到表面帶有二氧化硅納米線陣列的硅膠薄膜，并且納米線頂端(原硅納米線根部)帶有多孔銀膜(當(dāng)然，如果不需要這層銀膜，也可用硝酸去除)。6、二氧化娃納米線陣列的轉(zhuǎn)移取步驟5中的表面帶有帶有二氧化娃納米線陣列的硅膠，通過銀膠把硅膠的納米線陣列面粘到柔性的沙林膜上。具體實施例的效果掃描電子顯微鏡(如圖1所示)分析證明了二氧化硅納米線陣列的剝離-移植過程。圖1中，(a)硅片上沉積的多孔銀膜，插圖為銀膜的切面圖；(b)硅納米線陣列結(jié)構(gòu)(切面圖);(c)與襯底連接力非常小(甚至脫離)的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)(45°角斜視圖)，插圖為切面圖；(d)剝離-轉(zhuǎn)移至硅膠上的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)(45°角斜視圖)；(e)通過銀膠轉(zhuǎn)移至沙林膜上的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)(切面圖)，圖中從上至下依次是硅膠層-二氧化硅納米線陣列層-銀膠層-沙林膜層。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法，其特征在于，包括步驟 A、硅片預(yù)處理清洗單晶硅片； B、硅片上多孔銀膜的制備把O.085g硝酸銀溶于去離子水中，再加入20ml質(zhì)量濃度為40 %的氫氟酸中，然后加入去離子水至100ml，攪拌均勻后，放入步驟A中清洗過的硅片，在室溫25 °C下靜置沉積銀膜2min ； C、硅片上硅納米線陣列的制備取4.1ml質(zhì)量濃度為30 %的雙氧水和20ml質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸，加入去離子水配制成IOOml的蝕刻液，把步驟B中制得的表面帶有多孔銀膜的硅片放入蝕刻液中在室溫25°C下靜置蝕刻lOmin，得到表面帶有硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的娃片。
D、金屬銀催化氨水氧化及蝕刻，制備與襯底連接力小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)取質(zhì)量濃度為25 28%的氨水按體積比1: 100加入到去離子水中制備刻蝕液，把步驟C中制備的表面帶有納米線陣列結(jié)構(gòu)的硅片放入該蝕刻液中，然后在60°C水浴條件下靜置蝕刻5-10min,制得與硅片連接力非常小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)； E、二氧化硅納米線陣列的剝離在步驟D中的樣品表面滴涂一層硅膠在室溫25°C條件下靜置24h或通過加熱來加快硅膠凝固，待硅膠凝固后，將其揭下來，得到表面帶有二氧化硅納米線陣列的硅膠薄膜； F、二氧化娃納米線陣列的轉(zhuǎn)移取步驟E中的表面帶有帶有二氧化娃納米線陣列的娃膠，通過銀膠把硅膠的納米線陣列面粘到柔性的沙林膜上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法，其特征在于，所述步驟C中，通過控制蝕刻時間來控制納米線的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法，其特征在于，所述步驟E中，制得的表面帶有二氧化硅納米線陣列的硅膠薄膜上的納米線的頂端帶有多孔銀膜，如果不需要這層銀膜，則用硝酸去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法，其特征在于，所述步驟A包括 先用丙酮超聲清洗單晶硅片，再用質(zhì)量濃度為25% -28%的氨水質(zhì)量濃度為30%的雙氧水去離子水=1 I 5體積比的混合液超聲清洗單晶硅片，再用去離子水超聲清洗單晶娃片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化硅納米線陣列的剝離-移植方法，使用溶液沉積法，在硅片上制備一層多孔銀膜，以此銀膜作為催化金屬，放入氫氟酸/雙氧水溶液中進(jìn)行金屬催化化學(xué)蝕刻，在硅片上制備出硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，再放入加有氨水的水溶液中，通過金屬銀催化氨水氧化及蝕刻，制備出與硅襯底連接力小的二氧化硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，取出樣品后在其上涂覆一層硅膠，凝固后揭下即可實現(xiàn)二氧化硅納米線陣列從硅襯底上剝離，通過銀膠即可把這層帶有納米線陣列的有機(jī)物薄膜與任何襯底相粘接，實現(xiàn)二氧化硅納米線陣列的轉(zhuǎn)移。這種方法操作簡單，成本低，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C01B33/16GK103011181SQ201210543709
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者吳摞, 滕大勇, 李淑鑫, 何微微, 葉長輝 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院