[发明专利]一种多孔黑硅材料的制备方法、荧光传感器制备方法及其用于检测爆炸物的方法

说明书

本发明公开了一种多孔黑硅材料的制备方法、荧光传感器制备方法及其用于检测爆炸物的方法；将异丙醇和去离子水共混，并向混合后的异丙醇溶液中加入可溶性无机碱；取无机硝酸铁溶于去离子水中配置得硝酸铁溶液，再加入氢氟酸，混合均匀后得到酸刻蚀液；将清洁的硅片浸没到碱刻蚀液中，浸没并清洗后得到碱刻蚀硅片；将碱刻蚀硅片浸没到酸刻蚀液中，浸没、洗净后即得到多孔黑硅材料；通过碱性蚀刻液将其刻蚀成尖锥形状，然后经酸液水热蚀刻进行表面改性得到多孔结构的黑硅材料。本发明还制备了以此为基底的多孔黑硅气体荧光传感器！该气体荧光传感器在爆炸物探测器中作为敏感材料检测硝基芳烃爆炸物TNT，TNT的最低检测限量可达到0.1ng水平。

技术领域

本发明涉及气体荧光传感器制备技术领域，具体涉及一种多孔黑硅材 料的制备方法、荧光传感器制备方法及其用于检测爆炸物的方法。

背景技术

微痕量爆炸物探测技术主要包括各种波谱技术、化学传感器技术以及 生物传感器技术等，基于荧光猝灭效应的化学传感器技术是由于其灵敏度 高、选择性好、响应速度快、操作简单、便携性强以及成本低廉等优点成 为了爆炸物检测领域有效的传感方法，其在气体传感、环境监测等领域具 有广阔的应用前景，也吸引着越来越多研究人员的关注。

化学传感器主要包括三种：电化学传感器、光学传感器和质量传感器， 目前，就开发前景而言，以荧光化学传感器可能更接近于实际应用，根据 传感器与待测样品的关系，将其分为均相(溶液)荧光传感器、薄膜荧光传 感器、光纤荧光传感器等。其中由于薄膜荧光传感器具有寿命长、使用方 便、易于器件化等优点，使得薄膜荧光传感器逐渐发展成为一类很有发展 前景的爆炸物检测新方法，从而受到研究者的高度关注。就薄膜荧光传感器组成材料来说，已有的多是共轭荧光高分子薄膜、染料掺杂或修饰的高 分子薄膜以及染料掺杂的氧化物薄膜。

其薄膜荧光传感器都是基于附着在基底成膜的荧光传感器，并且基底 表面都不具有多孔结构(玻璃片、单纯的硅片等)，只是简单得利用了其平 滑的表面，相比自身材料的多孔结构来说，其比表面积小吸附性差。黑硅 材料是一种新型的多孔结构，其对光极为敏感，在近紫外-红外波段内反 射率接近于零，比一般的晶体硅有了飞跃性的提升。黑硅具有极低的反射 率主要是由于其粗糙的表面造成的陷光现象所致：当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，从而增加吸 收率。因此，以多孔黑硅材料制备而成的荧光传感器具有制备方便，操作 简易，检测灵敏度高、制备成本低廉等优点。

1998年，哈佛大学Mazur教授团队在研究飞秒激光与物质相互作用 过程中，采用高能量的飞秒激光脉冲照射硅片表面后意外获得了一种新材 料-黑硅。通过研究发现这种黑硅材料表面具有排列准规则的微小尖锥阵 列，类似森林样式。此外，这种黑硅材料还具有非常高的吸收率(近紫外- 红外的光吸收率高达90％以上)，而且具有良好的发光特性以及场致发射 特性。但是，飞秒激光器的设备操作步骤十分复杂，仪器成本高昂，并且 其具有超高的脉冲功率，在制备黑硅材料过程中材料基底内部很容易被破 坏。

发明内容

本发明提供了一种多孔黑硅材料的制备方法、荧光传感器制备方法及 其用于检测爆炸物的方法。其中，多孔黑硅材料制备方法具有操作简单易 行、反应条件温和、原材料易得、成本低廉的优点，具体步骤包括：

一种多孔黑硅材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.取体积比为6:1-3:1的异丙醇和去离子水共混，并向混合后的异丙 醇溶液中加入可溶性无机碱，溶解后得到质量浓度为1-3wt％的碱刻蚀液；

S2.取无机硝酸盐溶于去离子水中配置为浓度为0.1-0.3mol/L的硝酸 铁溶液，再加入体积为去离子水体积2-4倍的氢氟酸，混合均匀后得到酸 刻蚀液；

S3.将清洁的硅片浸没到步骤1得到的碱刻蚀液中，所述溶液温度维 持在70-100℃，浸没20-40min并清洗后得到碱刻蚀硅片；