有机含能芯片及其采用硅片为衬底制备的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米材料的制备技术，特别是一种有机含能芯片及其采用硅片为衬底 制备的方法。
【背景技术】
[0002] 半导体桥火工品作为钝感点火起爆系统的代表，它的出现有效解决了火工品低发 火能量和高安全之间的矛盾。然而半导体桥特别是微型半导体桥的点火输出能量不足难以 满足某些特殊条件下的点火需求，从而使得点火可靠性的问题日趋显著。为了克服半导体 桥点火输出能量不足的问题，许多研宄者将含能材料集成到芯片上，用于提高火工器件的 输出能量，集成式火工品应运而生。由于微/纳米含能材料具有三维尺度小、能量转化效率 高、释放速率快且高度可调等优点，而成为集成式火工品用含能材料的研宄热点。
[0003] 在芯片表面进行功能化修饰是近年来刚兴起的一项重要研宄课题，并且已经被不 断的拓展与深化。与其它衬底材料（如碳、玻璃、金、TiO2)相比，硅片不仅便宜容易获得， 而且通过简单的化学手段就可以改变其尺寸、结构及表面性能，与微电子机械、半导体及生 物系统有很好的兼容性，因此在军工、电子行业及生物和医学领域有着很广泛的应用前景， 硝基化合物2, 6-二硝基-1，4-二酚制备方法简单，经过二溴乙烷与三硝基苯酚连接形成多 硝基化合物，其爆炸性有利于提高半导体桥点火输出能量。
[0004] 国内外的研宄工作者研宄的在芯片表面进行功能化修饰的方法主要包括：磁控溅 射法、电化学法、光致聚合法、光刻法、湿化学法等。例如：
[0005] 文献I(PengZhu,et.al.CharacterizationofAl/CuOnanoenergetic multilayerfilmsintegratedwithsemiconductorbridgeforinitiator applications.J.Appl.Phys. 2013, 113 (18) : 184505-184505-5)采用磁控溅射法将Al/CuO 纳米含能薄膜沉积到芯片上，SEM、点火实验表明该纳米含能薄膜呈层状结构且Al和CuO之 间的反应热可高达2181J/g，该高能量有助于在点火时产生局部高温和强烈的冲击波，从而 提高芯片的点火输出能量。
[0006] 文献 2(PengZhu,et.al.Energeticsemiconductorbridgedevice incorporatingAl/MoOxmultilayernanofilmsandnegativetemperaturecoefficient thermistorchip.J.Appl.Phys. 2014, 115 (19) : 194502-194502-5)同样米用磁控派射法将 Al/MoOx多层纳米铝热薄膜沉积到芯片上，测试表明Al和MoO3之间的反应放热量可高达 4. 7KJ/g，这使芯片拥有了更高的点火输出能量。此外，实验装置中还加入了负温度系数热 敏电阻（NTC)，因此SCB-Al/MoOx-NTC实验器件在EMI及ESD等复杂的电磁环境下有了高 的发火可靠性。
[0007] 文献 3(RuiGuo,et.al.Amicroinitiatorrealizedbyintegrating KN03iCNTsnanoenergeticmaterialswithaCumicrobridge.CHEMENGJ 2012, 211-212:31-36)首先采用湿化学法制备出KN03@CNTs纳米含能材料，随后借助电泳 沉积法将含能材料沉积到含有Cu导电层的芯片上。电爆性能测试实验表明，在IOOv的充 电电压和IOOyf?储能电容条件下，该微型起爆器件的爆炸温度高达7000K，这种高能量的 特性使其在民用和军事领域有着广阔的应用前景。
[0008] 文献 4(BenjaminS.Flavel,et.al.Asimpleapproachtopatternedprotein immobilizationonsiliconviaelectrograftingfromdiazoniumsaltsolutions.ACS Appl.Mater.Interfaces2010, 4(2) : 1184-1190)采用光刻法和电化学嫁接法将重氮盐嫁 接到硅片表面，该方法的特点是在电化学嫁接之前，不一定要去除硅片表面的氧化层，而且 该方法可在硅片表面进行大面积修饰。
[0009] 文献 5(JudithR.C.Lattimer,et.al.Redoxpropertiesofmixed methyl/vinylferrocenylmonolayersonSi(111)surfaces.J.Phys.Chem.C 2013, 117(51) :27012-27022)采用湿化学法以Si-Cl键为中间体，在硅片表面嫁接上一层 甲基/二茂铁混合层。该混合层保持了硅片原有的电学性质，同时在大气环境及电化学氧 化条件下非常稳定。
[0010] 由上述可知，至今为止报道的各种文献中，对于寻求改善硅片表面性质以适宜于 工业化生产的制备工艺来说，现有的制备方法存在以下各种缺陷：
[0011] (1)文献1，2采用的磁控溅射法实验条件苛刻，仪器设备昂贵，从而不具有制备经 济性。
[0012] (2)文献3、4中采用的电泳沉积法和电化学嫁接法只限于能形成离子形式的有机 物质，实验过程复杂、条件较苛刻，因此其大规模生产应用已受到限制。
[0013] (3)文献5采用的湿化学法，虽然实验条件温和，但其嫁接的甲基/二茂铁混合层 只能用于生物分子识别、生物传感器方面的应用，不能用于改善芯片的输出能量。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提供一种操作简单的湿化学方法，在温和的条件下采用硅片为 衬底制备有机含能芯片。
[0015] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种有机含能芯片，所述芯片具有如下结 构：
[0016]
【主权项】
1. 一种有机含能芯片，其特征在于，所述芯片具有如下结构：
η :1 ~3〇
2. -种采用硅片为衬底制备权利要求1所述有机能芯片的方法，其特征在于，包括如 下步骤： 步骤1 :将待反应硅片置于去除氧气后的&盐溶液中，搅拌加热，得到R1Z^Si含能芯片； 步骤2 :将步骤1中得到的芯片清洗后加入到DMF中，加入K2CO3搅拌形成酚盐，再加入 二溴乙烷，搅拌加热，得到二溴乙烷/%/Si含能芯片； 步骤3 :将步骤2得到的含能芯片依次重复步骤1和步骤2,反复（n-1)次； 步骤4 :将R2含能化合物溶解于DMF中，加入K 2C03，室温搅拌反应，形成相应盐溶液； 步骤5 :将步骤3中的含能芯片加入步骤4中，搅拌加热，得到Si~馬的（n+1)层含能 芯片。
3. 如权利要求2所述的采用硅片为衬底制备有机能芯片的方法，其特征在于，步骤1中 所述的R1盐溶液是将2, 6-二硝基苯-1，4-二酚或2-硝基苯-1，4-二酚溶解于DMF中，加 入K2CO3,室温搅拌后制得，其中nK1: ηΚ2α)3= 2:1 〇
4. 如权利要求2所述的采用硅片为衬底制备有机能芯片的方法，其特征在于，步骤1中 反应温度为60~100°C，反应时间为1~12h。
5. 如权利要求2所述的采用硅片为衬底制备有机能芯片的方法，其特征在于，步骤2中 反应温度为50~90°C，反应时间为1~10h，nK1:nBr(CH2)2Br= 1:1〇
6. 如权利要求2所述的采用硅片为衬底制备有机能芯片的方法，其特征在于，步骤4中 馬含能化合物为苦味酸、2-硝基苯胺、2, 6-二硝基-4-甲基苯酚、2, 6-二硝基苯酚等硝基 化合物，nK2: nK1 = 1:1。
7.如权利要求2所述的采用硅片为衬底制备有机能芯片的方法，其特征在于，步骤5中 反应温度为60~100°C，反应时间为1~12h。
【专利摘要】本发明公开了一种有机含能芯片及其采用硅片为衬底制备的方法。包括以下步骤：将待反应硅片置于去除氧气后的R1盐溶液中搅拌加热，得到R1/Si含能芯片；将步骤1中得到的含能芯片清洗后加入到DMF中，加入K2CO3搅拌形成酚盐，再加入二溴乙烷，搅拌加热，得到二溴乙烷/R1/Si含能芯片；将步骤2得到的含能芯片依次重复步骤1和步骤2，反复(n-1)次；将R2含能化合物溶解于DMF中，加入K2CO3，室温搅拌反应，形成相应盐溶液；将步骤3中的含能芯片加入步骤4中，搅拌加热，得到Si~R2的（n+1）层含能芯片。本发明是一种操作简单的湿化学方法，在温和条件下可制备具有高发火量、长发火时间的有机含能薄膜材料。
【IPC分类】H01L51-00
【公开号】CN104851977
【申请号】CN201510174922
【发明人】张文超, 顾明苏, 叶家海, 秦志春, 田桂蓉
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月14日