[发明专利]表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固体材料表面改性与纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片及其制备方法。

背景技术

浸润性是固体表面的一个重要性质，超疏水性作为其中一种特殊性质，具有防水、防雾、抗氧化和自清洁等特点，在科学研究、工农业生产或日常生活中都有广泛的应用前景。近年来，构筑超疏水性固体表面的研究引起了科研人员的广泛关注并在建筑涂料、自清洁纺织品、液体无损输送、防潮包装材料等领域得到应用。

当前，制备超疏水性固体表面的方法主要有：(1)构筑微米/纳米结构的疏水性固体表面；(2)用低表面能的物质对粗糙固体表面进行修饰。此类报道有《电化学学会》杂志2008，155，D711-D714上发表的文章“硅片(001)上垂直纳米硅线阵列的制备、表征和动理学研究”(S.L.Cheng，C.H.Chung，H.C.Lee，A Study of the synthesis，characterization，and kinetics of vertical silicon nanowire arrays on Si(001)substrates，J.Electrochem.Soc.)；《纳米技术》杂志2009，20，035605-035612发表的文章“分级纳米硅线超疏水表面的制备”(W F.Kuan，L.J.Chen，The preparation of superhydrophobicsurfaces of hierarchical silicon nanowire structures，Nanotechnology)；《朗格谬尔》杂志2007，23，1608-1611上发表的文章“氧化硅纳米线超疏水表面的制备”(Y.Coffinier，S.Janel，A.Addad，R.Blossey，L.Gengembre，E.Payen，R.Boukherroub，Preparationof superhydrophobic silicon oxide nanowire surfaces，Langmuir)；《纳米快报》杂志2007，7，813-817上发表的文章“超疏水纳米硅线表面的可逆电润湿”(N.Verplanck，E.Galopin，J.C.Camart，V.Thomy，Y.Coffinier，R.Boukherroub，Reversible electrowettingon superhydrophobic silicon nanowires，Nano Lett.)；《物理化学》杂志2008，112，4444-4450上发表的文章“金属辅助化学刻蚀法制备大面积均匀纳米硅线阵列”(M.L.Zhang，K.Q.Peng，X.Fan，J.S.Jie，R.Q.Zhang，S.T.Lee，N.B.Wong，Preparationof large-area uniform silicon nanowires arrays through metal-assisted chemical etching，J.Phys.Chem.C)等。但从以上文献报道中可以看出，制备出的疏水性固体表面存在许多不足，如纳米硅线制备方法均为物理化学法；制备出的纳米硅线粗细不均；未修饰的硅线阵列达不到超疏水程度；超疏水面积不确定；含氟化合物对人体有伤害等。

发明内容

本发明的目的是克服制备出的硅线粗细不均，未修饰粗糙硅片达不到疏水程度、疏水面积无法预先设定和含氟化合物有害等缺点，提供一种表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片及其纳米硅线的制备方法。

本发明提供的表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片，由作为基底的单晶硅片和位于所述单晶硅片表面的纳米硅线阵列组成。

上述单晶硅片中，所述单晶硅片为n型或p型单晶硅片，优选p型单晶硅片，所述单晶硅片中，掺杂有下述元素中的至少一种：硼和磷，所述单晶硅片的电阻率小于100Ωcm，优选10～30Ωcm，厚度均小于2mm，优选0.5mm；所述单晶纳米硅线的直径为20～120nm，长度为1～15μm。

本发明提供的制备上述表面具有超疏水性纳米硅线阵列的单晶硅片的方法，包括如下步骤：

1)将单晶硅片超声清洗，干燥后在所述单晶硅片表面制备金纳米颗粒薄膜层，得到表面覆盖金纳米颗粒薄膜层的单晶硅片；