一种镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料的制备方法

专利名称：一种镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及磁性纳米材料、纳米磁存储技术领域，具体地说是ー种镍纳米颗粒/ 硅纳米线磁性复合材料的制备方法。
背景技术：
磁性纳米粒子可以广泛的应用于诸多领域，例如磁流体、催化、生物技术/医学、 磁共振成像、数据存储和环境工程等。硅纳米线由于表面存在大量顺磁缺陷，因此将磁性纳米颗粒沉积于具有顺磁缺陷的硅纳米线表面，形成磁性复合材料，将展现出新的磁性特征。 而目前这类磁性复合材料的制备过程エ艺都相对复杂，制备条件苛刻，成本较高。

发明内容
本发明的目的在于提供一种镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料的制备方法，以解决现有磁性复合材料制备条件苛刻，成本高的问题，提供一种对环境要求低，方法简单， 低成本，高重复性，适用于大規模エ业生产的新方法。为实现上述发明目的，本发明采用的具体技术方案是
一种镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料的制备方法，该方法包括以下具体步骤
(I)标准RCA清洗步骤清洗硅片(p-Si，双面抛光，<100>晶向，电阻率为 0. 1-10 Q Cm )，氮气吹干备用；
RCA标准清洗步骤为
a)DHF溶液室温下清洗10分钟，DHF溶液浓度为5%的稀释HF水溶液；
b)大量去离子水室温下反复冲洗；
c)SPM 溶液 12CTC清洗 10 分钟，SPM 溶液为 Piranha (Sulfuric Peroxide Mixture, SPM)，具体溶液配制,H2SO4H2O2的体积比为Vh2q2Vh2so4 = 3:1;
d)大量去离子水室温下反复冲洗；
e)APM 溶液 60°C清洗 10 分钟，APM 溶液为 SC-1 清洗液(Hydrochloric Peroxide Mixture, APM)，具体溶液配制为 NH4OHH2O2H2O 的体积比 *V_HVh202Vh20
f)大量去离子水室温下反复冲洗；
g)HPM 溶液 60°C清洗 10 分钟，HPM 溶液为 SC-2 清洗液(Hydrochloric Peroxider Mixture, HPM)，具体溶液配置为 HClH2O2H2O 的体积比为 VmVh202Vh20 = 1:1:6;
h)大量去离子水室温下反复冲洗；
i)氮气吹干。(2) 25 mmolじ1AgNO3溶液与浓度为40%的氢氟酸混合,得到混合溶液,其25 mmol じ1AgNO3溶液和浓度为40%的氢氟酸体积比为I: I,超声使混合溶液均匀分布；将经清洗的硅片完全淹没于混合溶液中进行刻蚀，在刻蚀过程中，硅片表面与混合溶液液面垂直，并保证硅片两面刻蚀速率相同，反应时间60 70分钟，硅片双面生长有硅纳米线，其直径为 20 300 nm，长度为70 75 μ m，然后，用大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留；用硝酸去除沉积银；大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留，氮气吹干备用；
(3)制备镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料
a)镀液配置
将I mol L—1六水合硫酸镍、O. 5 mo I L—1硫酸铵、O. 4 mmolL—1十二烧基苯磺酸钠、2. 5 mol L—1氟化铵及O. 2 mol L—1柠檬酸钠混合，形成混合溶液，氨水调整混合溶液pH值至
8.5 9. 0，85°C条件下，磁力搅拌均匀混合，直至混合溶液为绿色透明溶液；
b)将制得的生长有硅纳米线的硅片置于镀液中反应3 5秒，镍纳米颗粒沉积在硅纳米线表面，其直径为35 40 nm，然后，用大量去离子水冲洗，去除表面残留物，在氮气氛围下吹干，得到镍纳米颗粒/娃纳米线磁性复合材料。所述制备方法都是在常温常压条件下进行的。本发明的突出特点是
(1)镍纳米颗粒为大小均匀球状纳米颗粒，直径大约在35nm左右；
(2)镍纳米颗粒单分散在硅纳米线表面，相对独立，互无干扰；
(3)镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料具有高阻塞温度(370K)，高矫顽力和低饱和磁矩等磁性特征；
(4)制备方法简单，成本低，高重复性，适用于大规模工业生产；
(5)常温常压制备环境，一般实验室设备都能达到要求；
(6)可应用于磁性纳米材料、纳米磁存储等诸多领域。


图I为镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料X衍射(XRD)图2为镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料扫描电子显微镜(SEM)图3为镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料FC/ ZFC图，其中，物理性质测试仪在磁场为100 Oe条件下，采用场冷(FC)零场冷(ZFC)测试方式，阻塞温度(Tb)为370K，磁化率 (X—1)的倒数符合居里-外斯定律；
图4为5-400 K温度范围内，镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料磁滞回线图，5 K时， 饱和磁化强度为4. 5 emu/g，矫顽力为375. 3 Oe ；400 K时，饱和磁化强度为2. 6 emu/g，矫顽力为33. 3 Oe。
具体实施方式
实施例a)硅片清洗
取大小为IcmX Icm硅片(P型，双面抛光，〈100〉晶向，电阻率为0. 1_10 Ω ·αιι)，用标准RCA清洗步骤清洗硅片氮气吹干备用。b)硅片化学刻蚀溶液配制
配置25 mmol I^1AgNO3，氢氟酸(HF浓度为40%)混合溶液(25 mmol I^1AgNO3和浓度为40%HF体积比为I: I) 200 mL,超声使混合溶液均匀分布。c)硅片化学刻蚀，制备硅纳米线
硅片在化学刻蚀溶液中发生化学置换反应，硅片表面被刻蚀，形成硅纳米线结构，将硅片置于垂直支架(支架作用是保证硅片放入溶液后硅面与液面保持垂直)放入溶液中(硅片完全被溶液淹没)，保证硅片两面刻蚀速率相同，反应时间为65分钟，双面生长的硅纳米线直径在100 150 nm，长度在70 75 y m，用大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留；用硝酸去除沉积银；大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留，氮气吹干备用。d)镍纳米颗粒镀液配置
将I molじ1六水合硫酸镍,0.5 mo Iじ1硫酸铵,0.4 mmolじ1十二烧基苯磺酸钠,2. 5 mo Iじ1氟化铵，0.2 molじ1柠檬酸钠和氨水(调整pH值至8. 5)配成100 mL混合溶液， 85°C条件下，磁力搅拌均匀混合，直至溶液为绿色透明溶液。e)制备镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料
将制备好的硅纳米线置于镀液中反应3 5秒，镍纳米颗粒沉积在硅纳米线表面，镍纳米颗粒为大小均匀，球状，单分散纳米颗粒，直径大约在35 40 nm ;用大量去离子水冲洗， 去除表面残留物，在氮气氛围下吹干，制备生成镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料。f)硅片的尺寸、硅片化学刻蚀溶液和镍纳米颗粒镀液按照上述比例増大，制备生成的镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料也同比例増大，适用于大規模エ业生产。g)所述制备方法都是在常温常压条件下进行的。
权利要求
1.一种镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤(1)标准RCA清洗步骤清洗硅片(Ρ-Si，双面抛光，〈100〉晶向，电阻率为0.1-10 WXcm)，氮气吹干备用；(2)25 mmol I^1AgNO3溶液与浓度为40%的氢氟酸混合，得到混合溶液，其25 mmol L4AgNO3溶液和浓度为40%的氢氟酸体积比为I: I,超声使混合溶液均匀分布；将经清洗的硅片完全淹没于混合溶液中进行刻蚀，在刻蚀过程中，硅片表面与混合溶液液面垂直，并保证硅片两面刻蚀速率相同，反应时间60 70分钟，硅片双面生长有硅纳米线，其直径为 20 300 nm，长度为70 75 μ m，然后，用大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留；用硝酸去除沉积银；大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留，氮气吹干备用；(3)制备镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料a)镀液配置将I mol L4六水合硫酸镍、O. 5 mo I L4硫酸铵、O. 4 mmolL4十二烧基苯磺酸钠、2. 5 mol L—1氟化铵及0.2 mol L—1柠檬酸钠混合，形成混合溶液，氨水调整混合溶液pH值至8.5 9. 0，85°C条件下，磁力搅拌均匀混合，直至混合溶液为绿色透明溶液；b)将制得的生长有硅纳米线的硅片置于镀液中反应3 5秒，镍纳米颗粒沉积在硅纳米线表面，其直径为35 40 nm，然后，用大量去离子水冲洗，去除表面残留物，在氮气氛围下吹干，得到镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料；其中所述硅片为p-Si，双面抛光，〈100〉晶向，电阻率为0.1-10 Ω .cm。
全文摘要
本发明公开了一种镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料的制备方法，该方法是在硅片上生长硅纳米线，再在硅纳米线上沉积镍纳米颗粒，得到镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料，该材料镍纳米颗粒为大小均匀球状纳米颗粒，直径为35～40nm；单分散在直径为20～300nm、长度为70～75μm的硅纳米线表面，相对独立，互无干扰；具有高阻塞温度(370K)，高矫顽力和低饱和磁化强度等磁性特征(5K时，饱和磁化强度为4.5emu/g，矫顽力为375.3Oe；400K时，饱和磁化强度为2.6emu/g，矫顽力为33.3Oe)。本发明具有制备方法简单，成本低，高重复性，制备环境要求低，适用于大规模工业生产。本发明制备的镍纳米颗粒/硅纳米线磁性复合材料可应用于磁性纳米材料、纳米磁存储等诸多领域。
文档编号B82Y30/00GK102592769SQ20121005470
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者严强, 张健, 朱美光, 王志亮, 陈云, 陈雪皎 申请人:华东师范大学