[发明专利]一种硅铜复合纳米线的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅铜复合纳米线的制备方法，该方法包括：选用一定尺寸的硅铜复合微球为原料，在超声作用下置于碱性溶液中刻蚀硅元素，清洗后在酸性溶液中浸泡以去除氧化铜，再次清洗后置于另一酸溶液中浸泡以去除二氧化硅，清洗后即得硅铜复合纳米线。整个制备方法，工艺设计合理，可操作性强，生产成本低廉，生产效率高，可大规模工业化生产。本发明制备得到的硅铜复合纳米线，结构紧密，元素分布均匀，可广泛应用于锂电池、太阳能电池、半导体和传感器等领域。

技术领域

本发明涉及一种复合纳米材料的制备领域，具体涉及一种利用硅铜复合微球在一定反应条件下通过碱性溶液进行化学刻蚀，而后采用酸性溶液进行提纯制备出结构、组分可控的硅铜复合纳米线的制备方法。

背景技术

纳米材料，如纳米线，纳米管，纳米棒等已经引起了材料科学家的广泛关注。硅基复合纳米材料，在各种探测器、生物微传感器、光电纳米器械、储能材料等领域，尤其作为锂电池的负极材料近年来备受关注。

与传统负极材料相比，硅具有超高的理论比容量和较低的脱锂电位，但硅作为锂离子电池负极材料缺点是自身的电导率较低，在电化学循环过程中体积发生300%以上的膨胀与收缩。所以将硅材料纳米化、改善微结构、提高导电性都是十分有效的方法。但是硅纳米材料的导电性仍然很低，为此硅/金属复合纳米线的制备能有效缓冲体积膨胀，提高初始效率、循环稳定性和倍率性能。

在提高导电性方面，硅/金属纳米复合材料近几年作为锂电池负极材料成为研究的热点。文献（Si/Ag Composite Building by Interconnected Micro-Nano BimodalPorous Structure as High-Performance Anode for Li-Ion Batteries，Qin Hao,Dianyun Zhao,et al,Nanoscale, 2015, 6(3): 1–8）报道了利用三元合金腐蚀制备硅银复合的三维纳米结构作为锂电池负极材料，该材料表现出了良好的充放电性能。文献（Sinanowires/Cu nanowires bilayer fabric as a lithium ion capacitor anode withexcellent performance，Chien-Ming Lai, Tzu-Lun Kao, Hsing-Yu Tuan, Journal ofPower Sources, 2018,379:261–269）报道了利用硅纳米线和铜纳米线相混合，制备硅铜的混合纳米线作为锂电池负极材料，同样取得了良好的充放电和循环性能。目前硅与金属材料的复合主要采用镀膜和多元金属腐蚀等方法，但成本较高、均匀性较差，利用硅铜原位复合的方法制备硅铜复合纳米线的工作还未有报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种硅铜复合纳米线的制备方法，该方法利用硅铜复合微球作为原材料，运用化学刻蚀、化学提纯去杂制备出元素分布均匀，结构紧密的硅铜复合纳米线，以满足在光电纳米器件上的不同应用需求。该方法具有制备工艺流程设计合理，不需要复杂设备、导电性高、均匀性较好、产率高且可工业化生产等优点。

技术方案：为了实现以上技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种硅铜复合纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取适量硅铜复合微球，在超声作用下置于碱性溶液中浸泡刻蚀；

（2）将步骤（1）中获得的产物清洗后置于酸性溶液中浸泡提纯，同时进行搅拌，利用酸性溶液溶解去除产物中的氧化铜；

（3）将步骤（2）中获得的产物清洗干净后置于另一酸性溶液中进一步提纯，利用酸性溶液溶解去除产物中的二氧化硅；

（4）将步骤（3）中获得的产物清洗后即得硅铜复合纳米线。