多孔硅简介
多孔硅参考PPT
❖ 高孔度多孔硅(高于70％)：可用作发光材料， 孔度越高，发射光的波长就越短。
2021/5/8
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研究硅基蓝光发射材料的意义
❖ 蓝光无论在光显示、光信息处理还是光通信等方面都是极 为重要的。从集成光电子学的要求来看，在硅基上实现蓝 光发射则意义更大。
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在直接带隙材料中，电子在价带和导带之间跃 迁符合动量守恒条件，因此具有较大的跃迁几率。
在间接带隙材料中，电子在价带和导带之间跃 迁不符合动量守恒条件，光子与电子的相互作用需 要在声子的作用下才能完成，因此跃迁几率非常低。
所以间接带隙材料发光效率比较低，不适合于制 作光源。因此多孔硅发光在光电技术中具有十分重 要的意义！
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多孔硅的结构
❖ 研究中发现，只有高孔度(高于70％)的多孔硅才能发光，而且孔度越高， 发射光的波长就越短。
❖ 当孔度达到80％以后，相邻的孔将连通，留下一些孤立的晶柱或晶丝； ❖ 鲍希茂等认为，多孔硅是由许多小颗粒组成，颗粒的内核是有序的，
外面覆盖一个无序壳层，这些颗粒在空间堆成无规则的珊瑚状，有序 晶核的排列保持原来单晶的晶向。
构型上主要表现在键长上。
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多孔硅发光的基本理论
分子在势能面间的“跳跃”过程称为跃迁，相应于电子从一个 轨道跳跃到另一个轨道。 辐射跃迁：即跃迁过程伴随着光子的放出，包括荧光和磷光过程； 非辐射跃迁：即跃迁过程没有光子参与，能量以热或者其他形式
耗散，包括内转换、系间窜越等。
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6. 文献报道多孔硅红光的瞬态时间常数为10～100us量级，而蓝 光的瞬态时间常数在1～10ns，相差3～5个量级。
多孔硅
四、展望
由于多孔硅的研究从一开始就有明确的应用 目的，未来可以从以下几个方面去研究： 1、发光机理 2、色彩
五、应用
多孔硅的应用研究领域已经拓展到生物物递送等领域。
二、发展历史
1、1956年Uhlir首先制备并报道了多孔硅， 随后多孔硅作为绝缘材料，即做成 SOL(Silicon on insulator)结构被应用于硅 集成电路； 2、1984年Pickering等首先在低温(4．2K) 下观察到了多孔硅的可见光致发光现象， 但当时未引起足够的重视。
3、1990年Canham 首次报道了多孔硅在 室温下具有强烈的可见光致发光现象后， 多孔硅的研究才得到较大的进展，人们相 继发现了多孔硅多种颜色(红、蓝、绿、紫、 黄、紫外、蓝绿以及黄绿等)的光致发光和 电致发光．鉴于硅基发光材料在光电子学 领域巨大的潜在应用前景，有关多孔硅的 制备、光致(电致)发光特性以及发光器件等 方面的研究便迅速成为当今国际凝聚物理 和材料研究领域的研究热点
多孔硅
一、定义及特点 二、发展历史 三、制备方法 四、展望 五、应用
一、定义及特点
1、定义
多孔硅是一种新型的 一维纳米光子晶体材 料，具有纳米硅原子 簇为骨架的“量子海 绵”状微结构，可以 通过电化学阳极腐蚀 或化学腐蚀单晶硅而 形成。
2、特点
多孔硅具有良好电致发光特性，在光或电的激发 下可产生电子和空穴，这些载流子可以复合发光， 在电场的作用下进行定向移动，产生电信号，也 可以储能。多孔硅在光学和电学方面的特性为全 硅基光电子集成和开发开创了新道路，并迅速引 起了国内外对多孔硅的研究热潮。由于多孔硅具 有比表面大，易氧化的特点，因而被用作集成电 路中的结构隔离层
多孔有机硅材料
多孔有机硅材料
多孔有机硅材料是一种以有机硅材料为基础的多孔材料，其具有高比表面积、低密度、低介电常数等特点。
多孔有机硅材料可以通过控制合成条件和材料组分来调节孔隙结构和化学性质，从而实现对其性能的定制化。
多孔有机硅材料可用于吸附、催化、分离、传感等领域。
例如，在吸附方面，多孔有机硅材料具有很高的吸附容量和选择性，可以用于处理废水、气体或吸附有害物质。
在催化方面，由于其高比表面积和可调控的孔隙结构，多孔有机硅材料可以作为催化剂载体，提高催化反应的效率和选择性。
此外，多孔有机硅材料还可以用于分离和纯化领域。
由于其孔隙结构可以调控，可以选择性地分离不同大小或性质的分子，用于纯化药物、分离混合物等。
同时，多孔有机硅材料还可以用于传感器领域，利用其高比表面积和与分子之间的相互作用，实现对目标物质的检测和监测。
总的来说，多孔有机硅材料具有广泛的应用潜力，在环境治理、催化、分离、传感等领域都有重要的应用前景。
新型含能材料-多孔硅含能材料
• 引言 • 多孔硅含能材料的制备方法 • 多孔硅含能材料的性能特点 • 多孔硅含能材料的应用领域 • 多孔硅含能材料的挑战与前景 • 结论
01
引言
含能材料的定义与重要性
含能材料
指在一定的条件下能够释放出大 量能量的物质，广泛应用于军事 、航天、能源等领域。
重要性
原材料成本
多孔硅含能材料的原材料成本较高，进一步推高 了其整体成本。
设备投入
为了满足多孔硅含能材料的生产需求，需要投入 昂贵的生产设备和基础设施。
未来发展前景
军事领域应用
多孔硅含能材料具有高能量密度和低 感度的特性，有望在军事领域发挥重 要作用。
航天领域应用
多孔硅含能材料在航天领域可用于推 进剂的燃烧催化剂或点火装置等。
安全防护领域应用
多孔硅含能材料具有快速燃烧的特性， 可应用于安全防护领域的快速灭火或 爆炸抑制等。
新材料研发
多孔硅含能材料作为一种新型含能材 料，其研究和发展对于推动新材料领 域的发展具有重要意义。
06
结论
多孔硅含能材料的重要地位
新型含能材料的代表
多孔硅含能材料作为新型含能材料的代表，具有优异的安 全性能和能量释放能力，在推进剂、爆炸和军事等领域具 有广阔的应用前景。
多孔硅含能材料的简介
多孔硅
多孔硅是一种新型的含能材料， 具有高能量密度、高稳定性、环
保等优点。
制备方法
多孔硅的制备通常采用化学气相沉 积法，通过控制反应条件和原料配 比，制备出不同孔径和孔隙率的硅 基多孔材料。
应用领域
多孔硅含能材料在军事、航天、能 源等领域具有广泛的应用前景，如 火箭推进剂、炸药、燃料电池等。
深度解析硅碳复合材料的包覆结构之多孔型
深度解析硅碳复合材料的包覆结构之多孔型碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小，具有较好的循环稳定性能，而且碳质负极材料本身是离子与电子的混合导体；另外，硅与碳化学性质相近，二者能紧密结合，因此碳常用作与硅复合的首选基质。
在Si/C复合体系中，Si颗粒作为活性物质，提供储锂容量；C既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，又能改善Si质材料的导电性，还能避免Si颗粒在充放电循环中发生团聚。
因此Si/C复合材料综合了二者的优点，表现出高比容量和较长循环寿命，有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。
从硅碳复合材料的结构出发，可将目前研究的硅碳复合材料分为包覆结构和嵌入结构。
其中，包覆结构是在活性物质硅表面包覆碳层，缓解硅的体积效应，增强其导电性。
根据包覆结构和硅颗粒形貌，包覆结构可分为核壳型、蛋黄-壳型以及多孔型。
多孔型多孔硅常用模板法来制备，硅内部空隙可以为锂硅合金化过程中的体积膨胀预留缓冲空间，缓解材料内部机械应力。
由多孔硅形成的硅碳复合材料，在循环过程中具有更加稳定的结构。
研究表明，在多孔型硅/碳复合材料中，均匀分布在硅颗粒周围的孔道结构能够提供快速的离子传输通道，且较大的比表面积增加了材料反应活性，从而展现出优良的倍率性能，在电池快充性能方面具有显著优势。
Li等通过可控还原二氧化硅气凝胶的方法，合成出3D连通的多孔硅碳复合材料，该材料在200mA/g电流密度下循环200次时容量保持在1552mA·h/g，且在2000mA/g大电流充放电下循环50次后仍保持1057mA·h/g的比容量。
Bang等通过电偶置换反应，将Ag颗粒沉积于硅粉(粒径10μm)表面，经刻蚀除去Ag后得到具有3D孔结构的块状硅，再通过乙炔热解进行碳包覆，制备出多孔型硅碳复合材料，在0.1C倍率下具有2390mA·h/g的初始容量以及94.4%的首次Coulomb效率。
在5C倍率时的容量仍可达到0.1C倍率时容量的92%，展现出优异的倍率性能。
多孔真空硅隔热材料
多孔真空硅隔热材料
多孔真空硅隔热材料是一种具有优异隔热性能的纳米材料。
它的细孔径在10～40 nm之间，孔隙率高达97%以上，使得细孔内部分子间不会发生碰撞，从而实现超高的隔热性能。
这种材料具有低导热系数，可低至0.014 W/m·K，同时具有疏水、阻燃、绝缘、环保等优异性能。
多孔真空硅隔热材料适用于电子产品、航天航空、智能手持终端、智能穿戴、电子烟、无线充电器、电源、小家电及大型设备的隔热和保温等场景。
与传统隔热保温材料相比，多孔真空硅隔热材料具有更低的导热系数，能更好地解决电子产品在狭小空间的隔热保温问题，提升人体感受的舒适度。
然而，多孔真空硅隔热材料的制备过程较为繁琐，价格较高，这在一定程度上限制了其广泛应用。
不过，随着科技的发展和制备工艺的改进，多孔真空硅隔热材料在隔热领域的应用前景非常广阔。
纳米多孔硅粉的制备及其在含能材料中的应用
纳米多孔硅粉的制备及其在含能材料中的应用纳米多孔硅(nano porous silicon, nPS)是一种在硅表面形成微纳米多孔结构的硅基底材料,被广泛应用于电子元件、发光元件、生物传感器以及MEMS含能器件中。
自20世纪50年代发明以来,受到了广泛的关注。
1992年Bard教授首先发现了nPS的低温爆炸性能,自此nPS被逐步应用于进纳米含能材料。
以多晶硅粉为原料,HF、HNO3、NaNO2混合液为腐蚀体系,利用化学腐蚀法制备了nPS粉。
应用氮吸附技术、SEM、DSC-TG以及FTIR技术分别对nPS粉的比表面积、平均孔径、表面形貌、热性能及官能团进行了表征及分析,研究了HN03浓度、腐蚀时间以及原料Si粉粒径对nPS粉理化性质的影响,优化了化学腐蚀条件,得出nPS粉最佳制备方案。
以NaC104为氧化剂,制备了nPS/NaClO4复合含能材料,红外热成像仪对复合含能材料的燃烧温度进行测试,利用DSC-TG以及XRD衍射测试对复合含能材料的燃烧机理进行分析。
利用化学沉淀法制备了nPS/BaCrO4延期药,进行了燃速测试并计算了其延期精度,具体研究内容与结果如下：(1)利用化学腐蚀法制备了nPS粉体,SEM测试结果显示,nPS粉体颗粒表面产生了大量的纳米孔洞,氮吸附实验结果表明比表面积得到大幅度提升,FTIR谱图显示nPS表面产生了较高密度的Si-Hx键。
腐蚀液体系中HN03浓度是影响孔径大小及分布的主要原因；在相同的腐蚀液浓度下,延长腐蚀时间、减小原料Si粉粒径可以有效的增大nPS粉的比表面积。
确定了nPS粉的最优腐蚀条件,所制备的nPS粉比表面积最大可达到72.4m2/g。
热分析结果显示,当环境中氧气含量充足时,nPS粉氧化反应提前至400℃；(2)按照1：1的质量配比,利用超声波填充技术,制备了nPS/NaClO4复合含能材料。
该复合含能材料在燃烧过程中会发生多次燃烧现象,最高火焰温度达到2444℃。
多孔硅简介
光致发光等特性的影响已有较多的认识。
缺点是如果阳极和阴极的相对位置不合适及在 其表面形成氢气泡的绝缘效应引起电解质电流密 度空间的变化，从而导致不均匀腐蚀的发生。
2、双槽电化学法制备多孔硅
双槽电化学方法制备多孔硅的具体做法是将
硅片插入装有腐蚀液的电解槽中间的固定架上，
硅片把电解槽分成两个相互独立的电解槽，用两 片铺片分别面对面放在硅片的两侧作为阴极和阳 极。结构简图如图3所示。 通过改变腐蚀电流的大小，可以得到不同太
简单制备方法
硅在HF溶液中进行电化学腐蚀（单槽和双槽）
多孔硅发光机理的几个模型
多孔硅的发光机理——量子尺寸模型
Canham提出，采用电化学腐蚀的制备的多
孔硅是由密集的、具有纳米量级线度和微米量
级的硅丝组成，形成了所谓的“量子线”。当
空隙密度大于80%时，硅丝间是相互竖立的。 多孔硅的发光被认为是约束在这些量子线上的 激子的辐射复合。
多孔硅的制备
1.单槽电化学制备多孔硅
具体做法是先用真空溅射的方法在清洗好抛光 的硅片背面溅射一层金属铂膜作为电极。 再按照图 所示的方法将直流稳压电源、硅片、电流表、阴极 串联成通路，打开电源即可进行腐蚀。
单槽电化学方法是人们对制备多孔硅研究较 多的一种方法，该方法的 优点是工艺比较成熟，人们对温度、腐蚀液成 分、掺杂、电流密度等制备条件对样品的形貌、
多孔硅简介
多孔二氧化硅和致密二氧化硅
多孔二氧化硅和致密二氧化硅
多孔二氧化硅是一种具有高度孔隙结构的材料，其具有大量微
孔和介孔，这使得它具有较大的比表面积。
这种结构使得多孔二氧
化硅在吸附、催化和分离等领域具有广泛的应用。
由于其大量的微
孔和介孔，多孔二氧化硅通常具有较大的孔隙体积和较高的比表面积，这使得它在吸附气体、液体和催化剂载体方面具有优异的性能。
而致密二氧化硅则是指密度较大、结构较为紧密的二氧化硅材料。
它通常具有较小的孔隙结构和较低的比表面积。
致密二氧化硅
在光学、电子器件、半导体等领域有着重要的应用，因为它具有良
好的光学性能、电学性能和化学稳定性。
此外，致密二氧化硅还常
用于制备玻璃、陶瓷和涂料等材料。
从应用角度来看，多孔二氧化硅主要用于吸附材料、分离膜、
催化剂载体、生物医药等领域，而致密二氧化硅则主要用于光学器件、电子器件、材料增强等领域。
总的来说，多孔二氧化硅和致密二氧化硅在结构和性质上有明
显的区别，它们分别在各自的领域具有重要的应用和意义。
希望以
上回答能够满足你的需求，如果还有其他问题，欢迎继续提问。
多孔真空硅绝热
多孔真空硅绝热多孔真空硅绝热是一种新型的绝热材料，具有多孔结构和低热传导性能，被广泛应用于航空航天领域。
多孔真空硅绝热的研究不仅可以推动新材料的开发和应用，还可以为热工学领域提供新的思路和方法。
本文将对多孔真空硅绝热的特性、制备方法和应用进行深入的研究和分析。
多孔真空硅绝热具有极低的热传导性能，可以有效地减少热能的损失。
其多孔结构可以有效地减小热传导路径，从而提高材料的绝热性能。
同时，多孔真空硅绝热还具有良好的稳定性和耐高温性能，可以在极端环境下长时间稳定地工作。
这些特性使得多孔真空硅绝热在航空航天领域得到广泛应用，例如在宇航器热保护系统中起到重要作用。
多孔真空硅绝热的制备方法主要包括压实法、化学气相沉积法和溶胶凝胶法等。
不同的制备方法可以得到不同孔结构和性能的多孔真空硅绝热材料。
其中，压实法是一种简单、易操作的方法，可以得到具有均匀孔结构的多孔真空硅绝热。
化学气相沉积法可以在常温下实现多孔真空硅绝热的快速制备，但需要较高的设备成本。
溶胶凝胶法则可以得到具有高度孔隙度和可调控孔径的多孔真空硅绝热。
通过不同制备方法的选择和组合，可以实现多孔真空硅绝热材料性能的优化和提升。
多孔真空硅绝热在航空航天领域的应用十分广泛，例如在宇航器热保护系统中的应用。
在宇航器进入大气层再入期间，它将经历极高的温度和气动热载荷，需要有良好的热保护材料来确保其安全返回。
多孔真空硅绝热具有极低的热导率和良好的热稳定性，可以有效地减少进入大气层再入期间的热量传递，保护宇航器内部的舱体和设备不受过热损坏。
同时，多孔真空硅绝热还可以有效地减轻宇航器的重量，提高其再入性能和飞行稳定性。
除了在宇航器热保护系统中的应用，多孔真空硅绝热还可以在其他领域发挥重要作用。
例如在太阳能热发电系统中的应用。
太阳能热发电系统需要高效的热绝缘材料来减少能量损失，而多孔真空硅绝热正是满足这一需求的理想选择。
其低热传导性能可以有效地减少系统的能量损失，提高太阳能的利用效率。
化学气相沉积法制备纳米多孔硅材料
化学气相沉积法制备纳米多孔硅材料纳米材料在科学领域中具有重要的应用价值，近年来各种纳米材料的研究成为材料科学领域的热点。
纳米多孔硅材料是一种新型纳米材料，其具有很多优异的物理和化学特性，并且在生物医学、电子学、传感器和催化剂等领域具有非常重要的应用价值。
化学气相沉积法制备纳米多孔硅材料，是一种有效的方法。
下面将从纳米多孔硅材料的特点、化学气相沉积法的操作和实验参数的选择三个方面，进行详细的介绍。
一、纳米多孔硅材料的特点纳米多孔硅材料具有很多优异的物理和化学特性。
首先，纳米多孔硅材料的晶格结构较为特殊，其具有高度的表面积和大量的孔隙结构，因此具有较好的催化活性和吸附性能。
其次，纳米多孔硅材料的尺寸较小，可有效地减小材料体积和质量，提高材料的特异性。
同时，纳米多孔硅材料在光学与电子学等领域中也有着重要的应用，如磁性材料和光电场效应器件。
总体而言，纳米多孔硅材料具有广泛的应用前景。
二、化学气相沉积法的操作化学气相沉积法是一种基于热化学反应的纳米多孔硅材料制备方法，操作比较简单。
具体而言，该方法是利用特定的前驱体气体，在高温气氛下进行反应，沉积制备纳米多孔硅材料。
实验上，通常需要将硅基片放在反应炉中，然后加入前驱体气体，通过热化学反应产生纳米多孔硅材料，最后将产物冷却并取出硅基片。
该方法操作简单，但需要仔细控制实验参数以获得高质量的产物。
三、参数的选择为了获得高质量的纳米多孔硅材料，实验参数的选择至关重要。
其中，前驱体气体、反应温度、反应时间和反应压力是影响纳米多孔硅材料质量的主要因素。
一般而言，CO2、O2、H2、SiH4等前驱体气体的选择，可以通过调节气相反应中的化学反应以控制产物形态；反应温度通常在500-900℃之间，太低反应不足，太高易引起烧结和材料热退化等问题；反应时间需要根据试验情况进行选择，一般为几分钟至几个小时；反应压力一般处于10-100 mTorr的范围。
总之，化学气相沉积法是制备纳米多孔硅材料的有效方法，其具有易操作、样品结构可控，制备多种不同形态的纳米多孔硅材料的优点，因此获得了广泛应用。
多孔硅材料的制备原理
多孔硅材料的制备原理
多孔硅材料的制备原理是通过控制硅材料的结构和处理条件，使其形成具有空腔或孔隙的结构。
一般来说，多孔硅材料的制备可以分为以下几个步骤：
1.选择合适的硅源和模板：硅源可以是硅烷或硅氧烷等无机硅化合物，模板可以是有机物或无机物，通常为乳化剂或表面活性剂。
2.形成硅源模板溶液：将硅源和模板在适当溶剂中混合，生成硅源模板溶液。
3.自组装形成模板阵列：在适当的条件下，硅源模板溶液中的硅源和模板分子会发生自组装，形成具有有序排列的模板阵列。
4.固化和烘干：将自组装形成的模板阵列固化并进行烘干，以使其结构稳定。
5.去除模板：通过热解、溶解或其他方法去除模板，留下具有空腔或孔隙结构的多孔硅材料。
制备多孔硅材料的关键是控制硅源和模板的组成、浓度和物理化学性质，以及控制自组装和固化过程中的条件，从而达到所期望的多孔硅材料结构。
同时，不同的制备方法和条件也会影响多孔硅材料的孔径、孔隙分布和形貌等特性。
多孔硅的形貌、制备和应用
化 学腐 蚀制 备 的多孔 硅表 面均匀 性低 ，孑 Ｌ 深
化 学腐 蚀方 法简 易 ，操作 简单 。但反 应 产生
大量 的 Ｎ Ｏ气 泡会 附着 在硅 片表 面 ；而 且 由 于氟 离 子容 易形 成氢 键 ，降低 Ｈ Ｆ活 性 。使 多孔 硅 表 面 的腐 蚀 非 常 不 均 匀 ，难 以控 制 孔 的 深 度 和 孔
比较浅 ，孔 的深 度 和孔径 都难 以控 制 。为 了克 服 了化学 腐蚀 的不 足 ，发展 了 电化学腐 蚀法 。
２ ． ２ 电化 学阳极 腐蚀 法
电化学 阳极 腐蚀 法是 以单 晶硅 为 阳极 ，铂 为 阴极 ，氢 氟酸 和 乙醇为 电解液 ，通 过 电腐 蚀 制备
多孔硅 ，其孔 直径 为微米 或纳 米尺 度 、孔深 在几
径 ，腐 蚀 既有纵 向腐 蚀也 有横 向腐 蚀 ，致使 多孔
硅 壁贯 穿 ，部 分 或 全 部 多 孔 硅 层 从 硅 基 片 上 脱 落 ，孔 的深度有 限 ，硅表 面粗 糙 。 因此该 方 法大
多形成 图 ２所示 的绒 面表 面 。
微米 到 几 十 微 米 。 电 化 学 腐 蚀 反 应 如 式 ５ 一
式 １ ２ 。
在 化 学腐蚀 法基 础上 陆续 发展 了光 化学 腐蚀 法 、受 控错 位刻 蚀 法和水 热腐 蚀法 等 。
阳极 反应 ：
Ｓ ｉ ＋４ Ｏ Ｈ一＋ｎ ｈ — ｝ Ｓ ｉ （ Ｏ Ｈ） ＋（ ４一ｎ ） ｅ 一
２ ． １ ． １ 光化 学腐 蚀法 光照 能够 产 生 硅 腐 蚀 反 应 必 需 的 电 子 和 空
貌 结构 。
宋 晓 岚 等 人 的研 究 表 明 Ｐ型 和 Ｎ型 硅 片
多孔硅材料的制备与性能研究
多孔硅材料的制备与性能研究近年来，多孔材料在各个领域中得到了广泛的应用。
而多孔硅材料作为一种新型的多孔材料，在能源存储、催化剂以及生物医学等领域中具有广阔的应用前景。
本文将就多孔硅材料的制备方法以及其性能研究进行探讨。
一、多孔硅材料的制备方法多孔硅材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、模板法和电化学腐蚀法等。
在溶胶-凝胶法中，首先通过水解和缩合反应形成凝胶，然后通过热处理或化学处理使之形成多孔结构。
这种方法具有制备工艺简单、成本低廉的优点，但其孔径分布范围较窄。
模板法通过使用有机或无机模板剂在硅源溶胶中形成孔道结构，然后通过烧结或氧化去除模板剂，最终得到具有多孔结构的硅材料。
这种方法能够制备出具有可控孔径和孔道结构的多孔硅材料，但模板剂的选择和去除过程较为复杂。
电化学腐蚀法则是通过在一定电位下将金属或合金腐蚀形成孔洞，然后将之填充或转化为多孔硅材料。
这种方法制备的多孔硅材料孔径分布范围较广，但制备工艺较为繁琐。
二、多孔硅材料的性能研究1. 孔结构控制多孔硅材料的性能与其孔结构密切相关。
因此，通过调控制备方法可以实现对多孔硅材料孔结构的控制。
可以通过改变前驱体的类型、溶剂的种类和浓度、反应温度等条件来控制多孔硅材料的孔径和孔道结构。
研究表明，当使用有机溶剂时，多孔硅材料的孔径通常较小，而使用无机溶剂时，多孔硅材料的孔径较大。
此外，反应温度的升高有助于减小多孔硅材料的孔径。
2. 光学性能多孔硅材料具有较高的折射率和较低的杂散光损耗，因此在光学器件中有着广泛的应用。
研究表明，多孔硅材料中的孔道结构可以通过调节前驱体的浓度和反应温度来控制。
同时，多孔硅材料的孔径和孔道结构也会对其光学性能产生影响。
通过控制多孔硅材料的孔径和孔道结构，可以实现对其折射率的调节，从而实现光学器件的性能优化。
3. 催化性能多孔硅材料在催化领域中也具有潜在应用。
多孔硅材料的大比表面积和孔道结构可提供更多的活性位点和质量传递通道，从而促进催化反应的进行。
多孔硅通过镁热反应作为高性能负极材料应用于锂离子电池
多孔硅通过镁热反应作为高性能负极材料应用于锂离子电池介绍：硅具有较高的理论容量(~4200 mAh/g)，被认为是最有前途的锂离子电池负极材料之一。
但在锂化/去锂化过程中，其体积变化较大(>300%)，导致硅阳极粉化，最终导致容量衰退。
为了克服硅阳极在循环过程中的损失，研究人员设计并利用了其多孔形式——多孔硅(PSi)。
其微观结构中的孔隙有望适应体积变化并提高硅阳极的循环稳定性。
此外，一些PSi的壁厚在几到几十纳米的范围内，使锂离子的扩散路径保持较短，这可以提高电极的倍率能力。
到目前为止，大量的工作已经证明，与固体材料相比，PSi提高了电化学性能。
然而，由于PSi的孔结构控制不可行，因此PSi的孔结构对其电化学性能的影响尚未得到详细的研究。
传统上，PSi可以通过在浓氢氟酸溶液中阳极氧化，染色蚀刻或金属辅助蚀刻硅片或粉末来制造。
然而，上述方法对PSi孔隙结构的控制尚未得到广泛报道。
本工作的目的是通过控制镁热反应的参数(如温度、时间)来证明调整PSi孔结构的可行性，并研究微观结构对电化学性能(如循环稳定性和倍率能力)的影响。
研究内容：由于PSi基阳极在充放电过程中可能调节体积变化，因此期望其具有良好的循环稳定性和倍率能力。
在这项工作中，证明可以用氧化硅的镁热反应合成具有可调孔径和高达303.2 m2 g-1比表面积的PSi。
结果表明，孔结构在很大程度上受反应温度的控制，而PSi的电化学性能与其孔结构密切相关。
在比电流为1000 mA /g时，具有优化孔隙结构的PSi阳极的可逆比容量为1045.6 mA h/g。
为了进一步证明镁热反应PSi作为高性能阳极材料的潜力，在PSi颗粒的外围包裹了导电碳层。
在1000 mA/g的特定电流下，碳包裹PSi在200次循环后保持1639.0 mA h/g的可逆容量，是初始容量的84.5%。
由于其能有效调节充放电过程中的体积变化，其性能远优于裸PSi或渗碳包覆Psi。
多孔硅材料
3.3多孔硅的化学性质
硅外观呈黑色,多孔硅的外观总是呈现红,橙或黄等色彩.这种颜色变化似乎 是和孔隙度相关的.而且,多孔硅在可见光区出现强烈的荧光,其波长随样品 不同可以从近红外蓝移到550nm;室温时的荧光强度大到甚至在μW级功率 的蓝,绿激光照射下也能用肉眼观察到.
5.5 发光器件
由于多孔硅在近红外和可见区辐射强烈的荧光,故可制造带有光源的大规模 集成电路.制作过程是先再p型衬底上形成多孔硅,然后在背面形成欧姆接触,在多 孔硅上淀积一层半透明的Au膜.
5.3 传感器与微结构
由于多孔硅的多孔性,气体进入多孔硅会改变其介电常数.借助这一原理可以用 多孔硅作气敏,湿敏传感器和离子敏感场效应晶体管.工艺是正在多孔硅上蒸铝, 光刻成网状结构.金属和多孔硅的接触形成了肖特基势垒.
5.4 探测衬底的掺杂分布
衬底掺杂是集成电路的基本工艺之一,测量杂质分布对科研和工艺过程控制都 有重要意义.硅的阳极腐蚀特性与掺杂浓度有关,可以利用其腐蚀特性探测杂质 的分布.
5. 多孔硅的应用
5.1 绝缘体上硅材料
绝缘体上硅材料是制备超大规模集成电路的一种重要材料.由于多孔硅的多孔 性,气体容易扩散进去,在短时间内可氧化数μm,可以制成SOI结构.
5.2 隐瞒导电层
用多孔硅可以制备出隐瞒导电的硅化物.其工艺流程为:(a)在硅衬底中光刻窗口 ,形成多孔硅;(b)淀积金属;(c)用快速热处理使之硅化;(d)除去没反应的金属和掩 膜.
直至今日，对于多孔硅的形成机理存在争论。不同学者提出了主要包 括研究模型：扩散限制模型、场强化模型、表面弯曲模型、耗尽层模 型和量子限制模型。
多孔真空硅原理
多孔真空硅原理
真空硅（vacuumsilicon）是一种以真空为工作条件的半导
体材料。
它具有与传统的硅基半导体材料相同的性质，同时还具有与传统硅材料不同的物理和化学特性。
在真空状态下，真空硅具有较高的载流子迁移率和较低的电子陷阱密度。
当环境温度为-273.15℃时，真空硅表面上形成了一个完整
的能带结构，即典型的单带隙结构，其禁带宽度为1.65eV。
由
于空穴陷阱密度极低，因此空穴迁移率可达100cm2/Vs。
由于
表面能带结构简单，真空硅在制备过程中不需要任何附加的电极，所以制造过程非常简单。
其制备方法为：首先将一块直径为
1.5cm的单晶硅，用化学方法刻蚀形成硅面；然后将刻蚀后的硅表面用一种叫HF（浓硫酸）的试剂进行化学处理；最后将处理
过的硅与稀硝酸（1mol/L）在高温下混合，搅拌均匀后即可获
得具有多孔结构的真空硅。
由于多孔结构能使更多载流子通过，因此真空硅具有比传统硅基半导体材料更高的载流子迁移率。
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多孔硅的发光机理——非晶发光模型
多孔硅中含有较多的氧，形成无序混合相 ，其发光光谱与非晶硅相似。多孔硅产生非 晶硅的可能性有两种解释：一是多孔硅晶格 常数比衬底硅大，会产生较大应力；多孔硅 晶粒表面应力引起无序变化。第二种是自然 氧化过程也会在多孔硅表面引起应力。
多孔硅发光机理——与表面相有关的发光模型
缺点是如果阳极和阴极的相对位置不合适及在 其表面形成氢气泡的绝缘效应引起电解质电流密 度空间的变化，从而导致不均匀腐蚀的发生。
2、双槽电化学法制备多孔硅 双槽电化学方法制备多孔硅的具体做法是将
硅片插入装有腐蚀液的电解槽中间的固定架上， 硅片把电解槽分成两个相互独立的电解槽，用两 片铺片分别面对面放在硅片的两侧作为阴极和阳 极。结构简图如图3所示。
1.SH2模型 红外吸收光谱表明，多孔硅表面存在SH2,升温 退火可解吸，HF浸泡又可恢复。这些变化与多 孔硅的荧光谱有对应关系，所以认为发光是由 SH2引起的。 2.表面吸附分子发光模型 认为多孔硅巨大的表面积所吸附的某些成分是 荧光的原因，例如氢、氟、氧、碳等。而这些 成分都被证明存在多孔硅表面。
简单制备方法
硅在HF溶液中进行电化学腐蚀（单槽和双槽）
多孔硅发光机理的几个模型
多孔硅的发光机理——量子尺寸模型
Canham提出，采用电化学腐蚀的制备的多孔 硅是由密集的、具有纳米量级线度和微米量级 的硅丝组成，形成了所谓的“量子线”。当空 隙密度大于80%时，硅丝间是相互竖立的。多 孔硅的发光被认为是约束在这些量子线上的激 子的辐射复合。
具有以纳米硅晶粒为骨架的海绵状结构 的新ห้องสมุดไป่ตู้功能材料
多孔硅结构
多孔硅特性
绝热层
导热率达到 0.624W（m.k）
牺牲层
在腐蚀液中易腐蚀 机械性能好
发光性
常温下发出可见光 特性
多孔硅（porous silicon)
相关参数
HF浓度、硅片类型参数、光照、电流密度、孔度 孔度：电化学处理时，腐蚀掉的硅的质量分数 孔度越高，发射的波长越短。 高孔度（70%）可用作发光材料
通过改变腐蚀电流的大小，可以得到不同太 小的孔，改变腐蚀时间可得到不同厚度的多孔硅 层。
双槽化学腐蚀装置图
双槽电化学方法因为工艺简单、条件容易控制，是 目前制各多孔硅最常用的方法，其优点主要表现为：
(1)在双槽装置中采用Pt电极作为阴极和阳极，不必 考虑硅基体背面的金属化问题，降低了操作的复杂性 。
多孔硅的制备
1.单槽电化学制备多孔硅 具体做法是先用真空溅射的方法在清洗好抛光
的硅片背面溅射一层金属铂膜作为电极。 再按照图 所示的方法将直流稳压电源、硅片、电流表、阴极 串联成通路，打开电源即可进行腐蚀。
单槽电化学方法是人们对制备多孔硅研究较多 的一种方法，该方法的
优点是工艺比较成熟，人们对温度、腐蚀液成 分、掺杂、电流密度等制备条件对样品的形貌、 光致发光等特性的影响已有较多的认识。
(2)在双槽装置中，两个电极相对放置．暴露的硅片 是电流的唯一通路，所以流过硅片的电流密度较均匀 ，更易在大尺寸的硅基体表面形成均匀的多孔硅层。
小结
• 从现有理论及分析结果看，多孔硅的发光机理还 是基于量子现象。
• 双槽电化学腐蚀法制备多孔硅在孔径、孔隙率、 表面均匀性等性能指标上都明显优于单槽电化学 腐蚀。
• 对于多孔硅的研究，除了它本身的意义外，还促 进了纳米半导体和硅基发光等学科的发展。
多孔硅简介
主要内容
结构 多孔硅的结构特征 多孔硅的发光机理 工艺 多孔硅制备方法 小结
Si
硅是间接带隙结构，发光效率很低 （约10-6），长期以来被认为不能 用作发光材料，因此多孔硅发光在 光电技术中具有重要意义。
多孔硅结构特性
什么是多孔硅？
多孔什硅是么硅是表面多通孔过电硅化学腐蚀形成的