一種基于p型硅微通道表面均勻納米修飾的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于P型硅微通道表面均勻納米修飾的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米修飾在進(jìn)幾十年材料科學(xué)方面廣泛研宄的課題，其特點(diǎn)是在硅，金屬表面，金屬氧化物，碳層等表面制作一層尺度在納米級別的修飾材料。這種修飾層有著廣泛的應(yīng)用，包括鋰離子電池，傳感器，超級電容等。納米材料的制作使得沉積在納米材料表面的活性物質(zhì)的比表面積得到極大的提高，活性物質(zhì)效能得到了充分的利用，進(jìn)而提高了器件的性能。目前為止，大部分納米材料都是建立在不規(guī)則結(jié)構(gòu)上的，比如泡沫鎳，碳布，甚至是金屬片之類的材料之上，很少有納米結(jié)構(gòu)制作在規(guī)則的硅微通道上。所以這項(xiàng)專利有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]納米鉬科技包括三個研宄領(lǐng)域:納米級鉬材料、納米級鉬器件、鉬材和鋁器件納米級尺度的檢測與表征。納米鉬材料是納米鉬科技的基礎(chǔ)；納米鉬器件的研制水平和應(yīng)用程度是衡量我們是否進(jìn)入了納米時代的重要標(biāo)志；納米尺度的檢測與表征是納米鉬科技研宄不可少的手段。因此，納米鉬材料的合成、檢測與表征在納米鉬科技領(lǐng)域顯得尤為重要。
[0004]通過高溫固相反應(yīng)或高能球磨法得到的鉬酸鹽，具有良好的結(jié)晶度，作為光學(xué)材料，顯示出很好的發(fā)光性能。但是固相反應(yīng)存在不可避免的高溫、高能耗、工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，而且制備的顆粒尺寸較大，形狀不規(guī)整。用液相法制備鉬酸鹽納米材料是目前的主要發(fā)展方向，主要有硬模板法、軟模板法、沉淀法、水熱法、微乳液法、有機(jī)復(fù)合前驅(qū)體法等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提供一種基于P型硅微通道表面均勻納米修飾的方法；以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種基于P型硅微通道表面均勻納米修飾的方法，其步驟為:
[0008](I)化學(xué)鍍鎳:用激光切割的方式將做好的硅微通道版切割成所需要的大小、形狀；將切割好的硅微通道用物理及化學(xué)方法清洗，放入配置好的鍍鎳溶液中，在40?90°C的水浴環(huán)境下進(jìn)行電化學(xué)鍍鎳；
[0009](2)電化學(xué)鍍鎳:為了提高表面鎳層的厚度，提高樣品的導(dǎo)電性，需要在化學(xué)鍍鎳之后的樣品表面用電化學(xué)的方法沉積一層10?300nm厚度的鎳層；
[0010](3)生長納米結(jié)構(gòu):將處理過的硅微通道放入配置好的反應(yīng)溶液使用水熱法生長花瓣?duì)畈牧?，這種高溫高壓的環(huán)境沉積CoMo04m米結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出良好的均勻性和一致性。
[0011]步驟(I)中硅微通道與襯底分離后要進(jìn)行滿足一定要求的處理，包括切割清洗等步驟，這些步驟之后將金屬鎳均衡的沉積在微通道表面作為生長納米材料的催化劑。處理的方法通過硫酸和雙氧水的混合液去除有機(jī)物，使用濃鹽酸去除重金屬離子，使用去拉通溶液對微通道表面進(jìn)行表面活性處理。
[0012]其中，
[0013]步驟(I)中，所述化學(xué)沉積液為含有0.1?2mol/L的NiCl2.6Η20，0.I?2mol/L的Na2HPO4.7H20，0.1?2mol/L的NH4Cl,并使用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值到6?9。在90攝氏度水浴環(huán)境下經(jīng)行I?40分鐘的化學(xué)鍍鎳。
[0014]步驟(2)中，所述電化學(xué)沉積液為含有0.05?2mol/L的Ni (NO3) 2.6H20與硼酸的混合液；在室溫下將對電極與樣品電極調(diào)整距離為0.1?2cm，沉積電流10?200mA，電沉積時間為50?300秒。
[0015]步驟⑶中，所述的水熱反應(yīng)溶液為10?100mmol/L的(NH4) 6Μο7024.4Η20與10?10mmoI/L的CoCl2.6Η20的混合液，并用水熱法在120?220°C溫度下水熱0.5?2.5小時。通過控制上述水熱時間的長短和溫度來控制表面納米材料的密度。
[0016]本發(fā)明結(jié)合鍍鎳硅微通道板的實(shí)際特點(diǎn)，以水熱法制備CoMoO4納米材料。利用鍍鎳硅微通道板表面的鎳顆粒作為成核金屬顆粒，在高溫高壓的條件下，用水熱法生產(chǎn)的粒子純度高、分散性好、晶形好且可控制，生產(chǎn)成本低的CoMo04/Ni/Si_MCPs復(fù)合納米材料。用水熱法制備的粉體一般無需燒結(jié)，這就可以避免在燒結(jié)過程中晶粒會長大而且雜質(zhì)容易混入等缺點(diǎn)。所以，本發(fā)明制得的CoMo04m米材料很好的晶形和優(yōu)良的電化學(xué)性能。
[0017]這種物質(zhì)本身是很好的納米支撐結(jié)構(gòu)可以用來制造液體傳感器等同時自身也具有電化學(xué)活性可以作為新能源材料來使用。
【附圖說明】
[0018]圖1a為激光切割后未經(jīng)任何處理的微通道表面形貌；
[0019]圖1b為激光切割后未經(jīng)任何處理的微通道側(cè)壁內(nèi)部形貌；
[0020]圖2a為經(jīng)過化學(xué)鍍鎳之后的微通道表面形貌；
[0021]圖2b為經(jīng)過化學(xué)鍍鎳之后的微通道側(cè)壁的形貌，
[0022]圖3a為鍍鎳處理后的微通道表面生長一層CoMoO4的納米材料形貌圖；
[0023]圖3b為單個微通道孔上的CoMoO4的納米材料形貌圖；
[0024]圖4a為鍍鎳處理后的微通道表面生長一層CoMoO4的納米材料形貌圖；
[0025]圖4b為單個微通道孔上的CoMoO4的納米材料形貌圖；
[0026]圖5a為鍍鎳處理后的微通道側(cè)壁生長一層CoMoO4的納米材料形貌圖；
[0027]圖5b為單個微通道側(cè)壁上的CoMoO4的納米材料形貌圖
[0028]圖6為本發(fā)明所制作的納米材料的RXD，Raman, TEM等標(biāo)定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所合成的物質(zhì)正是CoMo04。其中，(a)XRD ； (b)拉曼；(C)高分辨以及電子衍射；(d)高分辨晶格結(jié)構(gòu)表征。
[0029]圖7a為所制備的CoMoO4材料在2M KOH溶液里進(jìn)行的循環(huán)伏安電化學(xué)測試曲線圖；
[0030]圖7b為所制備的CoMoO4材料在2M KOH溶液里進(jìn)行的充放電電化學(xué)測試曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護(hù)范圍。
[0032]本方法使用MEMS工藝制作好的硅微通道板，激光切割成所需要的形狀并清洗、表面附鎳、水熱沉積CoMo04、電化學(xué)活性測試。
[0033]1、預(yù)處理，選取制備好的硅微通道板，表面形貌如圖la和圖lb所示，由圖la和圖lb可以看到微通道有著規(guī)則的結(jié)構(gòu)和大的比表面積:
[0034]1)硅微通道板經(jīng)過激光切割獲得所需的規(guī)則形狀，在這里把硅微通道板切割成直徑為12mm的圓片。
[0035]2)將切割好的硅微通道板經(jīng)過RC清洗去除表面的重金屬離子和有機(jī)物。
[0036]3)把清洗好的硅微通道板放入去拉通水溶液中浸泡lOmin。
[0037]2、電極表面附鎳:
[0038]為了提供CoMo04納米結(jié)構(gòu)生長提供良好成核基礎(chǔ)，將清洗好的硅微通道板表面和內(nèi)壁均勻的無電沉積一層金屬鎳顆粒。沉積好納米鎳顆粒的硅微通道板形貌特征如圖2a、2b和圖3a、3b所示。由圖2a和可以看到鎳均勻的覆蓋在微通道的表面；圖2b可以看到鎳均勻的覆蓋在微通道的內(nèi)部。由圖3a、圖3b可以看到通過電沉積在均勻沉積鎳的硅微通道表面再次沉積一層金屬鎳，這層結(jié)有較大厚度和較高的導(dǎo)電性，提高了納米結(jié)構(gòu)微通道的實(shí)際使用價值。
[0039]2、無電沉積的過程如下:
[0040]實(shí)施例1:
[0041]1)配置無電鍍鎳溶液，溶液組成包括2mol/L的NiCl2 ? 6H20，2mol/L的Na2HP04 ? 7H20，2mol/L 的 NH4C1。
[0042]2)將步驟1)配置的溶液滴入一定量的氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值，使其PH值在9。
[0043]3)將步驟2)調(diào)整PH值后的電鍍液放入水浴鍋中加熱至90°C，將1中清洗好的硅微通道板放入并保持40分鐘。所得到的樣品表面形貌如圖2a、2b ;由圖2a和可以看到鎳均勻的覆蓋在微通道的表面；圖2b可以看到鎳均勻的覆蓋在微通道的內(nèi)部。
[0044]4)將步驟3)無電沉積鎳的樣品進(jìn)行電化學(xué)沉積鎳層以加強(qiáng)樣品導(dǎo)電性，沉積液為含有2mol/L的Ni (N03)2 *6H20與硼酸的混合液；在室溫下將對電極與樣品電極調(diào)整距離為2cm，沉積電流200mA，電沉積時間為300秒。所得到的樣品表面形貌如圖3a、圖3b所示。由圖3a、圖3b可以看到通過電沉積在均勻沉積鎳的硅微通道表面再次沉積一層金屬鎳，這層結(jié)有較大厚度和較高的導(dǎo)電性，提高了納米結(jié)構(gòu)微通道的實(shí)際使用價值。
[0045]5)將鍍好鎳的硅微通道板放入真空干燥箱中保持溫度為9