CN106629736A - 一种多孔硅粉的制备方法 - Google Patents

一种多孔硅粉的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106629736A
CN106629736A CN201611184219.7A CN201611184219A CN106629736A CN 106629736 A CN106629736 A CN 106629736A CN 201611184219 A CN201611184219 A CN 201611184219A CN 106629736 A CN106629736 A CN 106629736A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous silicon
preparation
silicon powder
etching
powder according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611184219.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106629736B (zh
Inventor
汪雷
唐勋
刘友博
张军娜
蔡辉
杨德仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201611184219.7A priority Critical patent/CN106629736B/zh
Publication of CN106629736A publication Critical patent/CN106629736A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106629736B publication Critical patent/CN106629736B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/20—Acidic compositions for etching aluminium or alloys thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/16—Pore diameter

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多孔硅粉的制备方法，包括：采用刻蚀液对铝硅合金粉进行刻蚀，经过1‑600min的刻蚀得到含有纳米级孔道的多孔硅，孔径在1‑1000nm之间；将含有纳米级孔道的多孔硅置于酸性溶液中浸泡，之后经清洗去除杂质，得到多孔硅粉。所述的刻蚀液为由FeCl3、HCl、乙醇和水组成的混合溶液或者由AgNO3、HCl、乙醇和水组成的混合溶液。本发明以铝硅合金粉为原料，在酸腐蚀体系中，直接腐蚀合金粉中的铝后形成多孔硅粉，在硅粉内部形成孔隙率、结构可控的孔隙。本方法具有设备简单、反应时间短、操作方便、成本低、材料结构可控、能适应大规模工业生产等优势。

Description

一种多孔硅粉的制备方法
技术领域
本发明涉及多孔纳米功能材料制备领域，具体涉及一种多孔硅粉的制备方法。
背景技术
早在1956年时，美国贝尔实验室Uhlir首次发现并报道了通过电化学腐蚀法可以形成多孔硅薄膜。自从多孔硅被发现以后，多孔硅被广泛应用于生物与化学传感器、光催化、能源、超级电容器、生物成像、药物递送等领域。
目前，多孔硅的制备方法有国内外出现的制备多孔硅的方法有多种，但总体可归纳为电化学方法、光化学腐蚀法、刻蚀法和水热腐蚀法。当前较成熟的多孔硅制备方法有阳极电化学刻蚀法、镁热还原法、水热法。但是阳极电化学刻蚀法仅适用于硅片的多孔结构制备，不仅硅片原料价格昂贵，而且能耗较高，此方法不适用于多孔硅粉的制备。
同济大学包志豪等人公开了一种用镁热还原法制备多孔硅的方法(公开号：CN102259858A)，该方法以硅的氧化物SiOx(x＝0.5-2)为原料，通过镁热还原反应生成硅和氧化镁的混合物，再使用酸选择性溶解掉氧化镁，最终获得自支撑的多孔硅材料。虽然该方法较电化学阳极腐蚀方法工艺简单，避免使用价格昂贵的单晶硅片，但是它反应能耗高、需惰性气体保护导致成本较高。因此，限制了镁热还原法的大规模应用。
陈乾旺等人提出了水热法制备多孔硅的技术(公开号：CN 1212989A)，将硅粉置于高压釜内，含0.1～0.8mol/L氟离子的水溶液中，填充度为60％～80％，调节体系的氧化气氛为2.0-10.0N/L，在100℃～250℃温度下保持0.5～2小时。尽管这种方法较其他方法简便，但是加热温度较高，同时孔隙较小，孔隙结构可控性较差。
发明内容
本发明的目的在于根据当前多孔硅粉的制备中的缺点，提供一种多孔硅粉的制备方法，以铝硅合金粉为原料，在酸腐蚀体系中，直接腐蚀合金粉中的铝后形成多孔硅粉，在硅粉内部形成孔隙率、结构可控的孔隙，所述方法
一种多孔硅粉的制备方法，包括以下步骤：
1)采用刻蚀液对铝硅合金粉进行刻蚀，经过1-600min的刻蚀得到含有纳米级孔道的多孔硅，孔径在1-1000nm；
2)将含有纳米级孔道的多孔硅置于酸性溶液中浸泡，之后经清洗去除杂质，得到多孔硅粉。
所述的刻蚀液为由FeCl3、HCl、乙醇和水组成的混合溶液或者由AgNO3、HCl、乙醇和水组成的混合溶液。
本方法在刻蚀剂中加入金属盐溶液作为催化剂，金属离子优先置换合金粉中的铝，使反应中加入电化学反应，极大的提高了反应速度。相较于单纯的酸刻蚀，缩短了反应时间，提高产量。
步骤1)中，所述的铝硅合金粉的粒径小于等于500μm。所述的铝硅合金粉
所述的刻蚀液中，FeCl3或AgNO3的质量百分数为1％～10％，HCl的质量百分数为5％～15％，乙醇的质量百分数为0.5％～5％。
所述的刻蚀的温度为30℃～90℃。进一步优选，所述的刻蚀的温度为30℃～40℃。所述的刻蚀的温度为30℃。
所述的刻蚀的过程采用机械搅拌或者磁力搅拌。
步骤2)中，所述的酸性溶液为HCl、HF、H2SO4、HNO3中的一种或两种以上(包括两种)，酸性溶液可以是单一酸或者混合酸。所述的浸泡的时间为0.5-5小时。
所述的酸性溶液的质量百分数为1％～10％。
所述的清洗去除杂质采用去离子水清洗。
最优选的，一种多孔硅粉的制备方法，包括以下步骤：
1)采用刻蚀液对铝硅合金粉进行刻蚀，经过30℃、60min的刻蚀，刻蚀的过程采用300r/min磁力搅拌，得到含有纳米级孔道的多孔硅，孔径在1-1000nm；
所述的铝硅合金粉的粒径小于等于200μm；
所述的刻蚀液为由FeCl3、HCl、乙醇和水组成的混合溶液，所述的刻蚀液中，FeCl3的质量百分数为5％，HCl的质量百分数为10％，乙醇的质量百分数为2％；
2)将含有纳米级孔道的多孔硅置于质量百分数为5％盐酸溶液中浸泡1小时，之后采用去离子水清洗去除杂质，干燥得到多孔硅粉。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供的刻蚀硅粉制备多孔硅，引入AgNO3或FeCl3、HCl、乙醇和水，通过控制腐蚀液浓度可控制多孔硅粉的形貌、孔径、成孔速度等。本法相较于传统的电化学阳极刻蚀法、镁热还原等方法，避免了高温导致的高能耗、昂贵的高温设备及复杂操作。本方法在刻蚀剂中加入金属盐溶液作为催化剂，金属离子优先置换合金粉中的铝，使反应中加入电化学反应，极大的提高了反应速度。相较于单纯的酸刻蚀，缩短了反应时间，提高产量。
本方法的优势在于利用简单反应加电化学反应常温下制备多孔硅，避免了加热设备。本方法具有设备简单、反应时间短、操作方便、成本低、材料结构可控、能适应大规模工业生产等优势。
附图说明
图1为实施例1制备的具有纳米孔的多孔硅的SEM图片图像，其中放大倍数为×50K。
具体实施方式
下面通过具体实例详细介绍本发明的技术方案，但本发明不局限于实施例，以下实例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求书中的所有内容。
如无特别说明，本发明实施例中出现的百分数均为质量百分数。
实施例1
本实例所述多孔硅的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)硅粉的刻蚀：铝硅合金粉的粒径小于等于200μm，在30℃下放入5％FeCl3、10％盐酸、2％酒精和水的混合液中进行刻蚀，同时进行磁力搅拌(搅拌速度为300r/min)，经过60min的刻蚀，得到多孔硅，孔径在1-1000nm之间。
(2)将(1)中得到的多孔硅的放入5％的HCl中进行浸泡1小时得到的多孔硅粉。
(3)将(2)中得到的多孔硅粉用去离子水清洗3次，然后干燥即可得到多孔硅粉。
实施例2
本实例所述多孔硅的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)硅粉的刻蚀：在30℃下放入5％FeCl3、20％％盐酸与2％混酒精合液中进行刻蚀(搅拌速度为300r/min)，同时进行磁力搅拌，经过60min的刻蚀。
(2)将(1)中得到的多孔硅的放入5％的HCl中进行浸泡1小时。
(3)将(2)中得到的多孔硅粉用去离子水清洗3次，然后干燥即可得到多孔硅粉。
实施例3
本实例所述多孔硅的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)硅粉的刻蚀：在30℃下放入5％AgNO3、10％盐酸与2％混酒精合液中进行刻蚀，同时进行磁力搅拌(搅拌速度为300r/min)，经过60min的刻蚀。
(2)将(1)中得到的多孔硅的放入5％的HCl中进行浸泡1小时。
(3)将(2)中得到的多孔硅粉用去离子水清洗3次，然后干燥即可得到多孔硅粉。
实施例4
本实例所述多孔硅的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)硅粉的刻蚀：在30℃下放入5％AgNO3、20％盐酸与2％混酒精合液中进行刻蚀，同时进行磁力搅拌(搅拌速度为300r/min)，经过60min的刻蚀。
(2)将(1)中得到的多孔硅的放入5％的HCl中进行浸泡1小时。
(3)将(2)中得到的多孔硅粉用去离子水清洗3次，然后干燥即可得到多孔硅粉。

Claims (9)

1.一种多孔硅粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用刻蚀液对铝硅合金粉进行刻蚀，经过1-600min的刻蚀得到含有纳米级孔道的多孔硅，孔径在1-1000nm；
2)将含有纳米级孔道的多孔硅置于酸性溶液中浸泡，之后经清洗去除杂质，得到多孔硅粉。
所述的刻蚀液为由FeCl3、HCl、乙醇和水组成的混合溶液或者由AgNO3、HCl、乙醇和水组成的混合溶液。
2.根据权利要求1所述的多孔硅粉的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的铝硅合金粉的粒径小于等于500μm。
3.根据权利要求1所述的多孔硅粉的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的刻蚀液中，FeCl3或AgNO3的质量百分数为1％～10％，HCl的质量百分数为5％～25％，乙醇的质量百分数为0.5％～5％。
4.根据权利要求1所述的多孔硅粉的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的刻蚀的温度为30℃～90℃。
5.根据权利要求1所述的多孔硅粉的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的刻蚀的过程采用机械搅拌或者磁力搅拌。
6.根据权利要求1所述的多孔硅粉的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的酸性溶液为HCl、HF、H2SO4、HNO3中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的多孔硅粉的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的浸泡的时间为0.5-5小时。
8.根据权利要求1所述的多孔硅粉的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的酸性溶液的质量百分数为1％～10％。
9.根据权利要求1所述的多孔硅粉的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的清洗去除杂质采用去离子水清洗。
CN201611184219.7A 2016-12-20 2016-12-20 一种多孔硅粉的制备方法 Active CN106629736B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611184219.7A CN106629736B (zh) 2016-12-20 2016-12-20 一种多孔硅粉的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611184219.7A CN106629736B (zh) 2016-12-20 2016-12-20 一种多孔硅粉的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106629736A true CN106629736A (zh) 2017-05-10
CN106629736B CN106629736B (zh) 2019-04-23

Family

ID=58834812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611184219.7A Active CN106629736B (zh) 2016-12-20 2016-12-20 一种多孔硅粉的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106629736B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108002389A (zh) * 2017-12-05 2018-05-08 桂林电器科学研究院有限公司 锌铋合金包覆硅镁颗粒制备泡沫状硅粉的方法及硅粉
CN108110240A (zh) * 2017-12-15 2018-06-01 山东大学 一种纳米多孔硅基复合物电极材料及其制备方法
CN108172781A (zh) * 2017-12-11 2018-06-15 浙江大学 一种银颗粒掺杂的硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN108346793A (zh) * 2018-01-25 2018-07-31 东北大学 一种具有多孔结构的纳米硅制备方法及应用
CN108483448A (zh) * 2018-06-20 2018-09-04 贵州大学 一种多孔硅制备方法
CN110098404A (zh) * 2019-05-16 2019-08-06 四川大学 梯级结构纳米多孔硅、其烧结-刻蚀制备方法及其应用
CN111204766A (zh) * 2020-02-04 2020-05-29 河南理工大学 一种制备发光多孔硅粉的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103985848A (zh) * 2014-06-03 2014-08-13 盐城工学院 一种利用掺杂硅颗粒制备纳米多孔硅的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103985848A (zh) * 2014-06-03 2014-08-13 盐城工学院 一种利用掺杂硅颗粒制备纳米多孔硅的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张轩: "三维多孔硅复合材料的制备及储锂性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
程璇等: "化学刻蚀法制备多孔硅的表面形貌研究", 《材料科学与工程》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108002389A (zh) * 2017-12-05 2018-05-08 桂林电器科学研究院有限公司 锌铋合金包覆硅镁颗粒制备泡沫状硅粉的方法及硅粉
CN108002389B (zh) * 2017-12-05 2019-05-07 桂林电器科学研究院有限公司 锌铋合金包覆硅镁颗粒制备泡沫状硅粉的方法及硅粉
CN108172781A (zh) * 2017-12-11 2018-06-15 浙江大学 一种银颗粒掺杂的硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN108110240A (zh) * 2017-12-15 2018-06-01 山东大学 一种纳米多孔硅基复合物电极材料及其制备方法
CN108110240B (zh) * 2017-12-15 2020-09-08 山东大学 一种纳米多孔硅基复合物电极材料及其制备方法
CN108346793A (zh) * 2018-01-25 2018-07-31 东北大学 一种具有多孔结构的纳米硅制备方法及应用
CN108346793B (zh) * 2018-01-25 2020-06-05 东北大学 一种具有多孔结构的纳米硅制备方法及应用
CN108483448A (zh) * 2018-06-20 2018-09-04 贵州大学 一种多孔硅制备方法
CN110098404A (zh) * 2019-05-16 2019-08-06 四川大学 梯级结构纳米多孔硅、其烧结-刻蚀制备方法及其应用
CN111204766A (zh) * 2020-02-04 2020-05-29 河南理工大学 一种制备发光多孔硅粉的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106629736B (zh) 2019-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106629736A (zh) 一种多孔硅粉的制备方法
CN106672975A (zh) 一种低成本纳米多孔硅粉的制备方法
CN103774149B (zh) 一种高强纳米多孔镍膜的制备方法
CN104973662B (zh) 船舶生活污水处理用氧化物阳极及其制备方法
CN103173836B (zh) 镁合金微弧氧化低能耗黑色陶瓷膜及制备方法
CN102337572B (zh) 一种硅铜铸造铝合金的染色阳极氧化方法
CN106025196A (zh) 一种具有高比表面积硅碳负极复合材料的制备方法
CN105036178B (zh) 一种改性纳米氧化锌的制备方法
CN107287641B (zh) 一种镁合金阳极氧化液、制备方法及镁合金阳极氧化的方法
CN104593786B (zh) 一种金属表面微孔化处理的方法
CN106400079A (zh) 一种铝合金表面多层超疏水复合膜层的制备方法
CN101984145A (zh) 具有可调孔径的双通多孔氧化铝模板的制备方法
Ghafarinazari et al. A systematic study on metal-assisted chemical etching of high aspect ratio silicon nanostructures
CN106521604A (zh) 一种在不锈钢和钴合金表面制备纳米多孔结构的方法
CN110272100A (zh) Ti4O7涂层的陶瓷微滤膜电极的制备方法
CN103296283A (zh) 一种表面包覆有Ti4O7膜的钛板及其制成的双极性铅酸电池的基板
CN103014875B (zh) 一种人造蓝宝石薄片的处理方法
CN105565442B (zh) 一种钛基体二氧化铅多孔管式膜电极、制备及应用
CN103695983B (zh) 一种尺寸可控的铝表面周期性纳米坑织构的制备方法
CN104649273A (zh) 一种低掺杂多孔p型硅纳米线的制备方法
CN111074323B (zh) 一种铝及铝合金阳极氧化常温无镍封闭液及封闭方法
CN102389715B (zh) 炭骨架辅助的粒子烧结工艺制备多孔无机膜的方法
CN107974693A (zh) 抗锰离子污染的氧化物阳极材料及其制备工艺
CN107460481A (zh) 一种镁合金微弧氧化-化学镀镍复合涂层的制备方法
CN103305890B (zh) 三维贯穿的阳极氧化铝模板的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant