一種金屬/半導體殼-核結構多孔微球及其制備方法技術

本發明專利技術提供了多孔半導體微球及其制備方法，屬于材料加工技術領域。金屬/半導體殼-核結構多孔微球，包括有半導體材料的球體，球體上有多孔結構，球體上還覆蓋有樹枝狀的金屬層，部分金屬層相連成網狀；上述微球的粒徑范圍是0.01～20μm，比表面積范圍是50～500m2/g。制備方法是：采用電火花加工裝置，通過脈沖電源使浸入工作液中的加工工件和工具電極之間形成脈沖性放電，得到帶金屬模板的半導體微球，用腐蝕性溶液對帶金屬模板的半導體微球進行選擇性腐蝕，在未被金屬層覆蓋的半導體球體上形成凹陷的多孔結構，得到殼-核結構多孔微球。還可以進一步將金屬層腐蝕，得到多孔半導體微球。本制備方法簡單、易控制，得到的多孔半導體微球結構新穎。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術提供了，特別涉及一種采用電火花加工方法制備多孔半導體微球的方法，屬于材料加工

技術介紹
電火花加工是在加工過程中，使工具和工件之間不斷產生脈沖性的火花放電，靠放電時局部、瞬時產生的高溫把金屬蝕除下來的加工方法。放電通道和正負極表面放電點瞬時高溫使工作液氣化和電極材料熔化、氣化，熱膨脹產生很高的瞬時壓力。放電通道中心的壓力最高，使氣化了的氣體體積不斷向外膨脹，形成一個擴張的“氣泡”。氣泡上下、內外的瞬時壓力并不相等，壓力高處的熔融電極液體和蒸汽就被排擠、拋出而進入工作液中。由于表面張力和內聚力的作用，使拋出的材料具有最小的表面積，冷凝時凝聚成細小的圓球顆粒。實際上在這個過程中，工件和電極均有損耗，進一步分析電加工后的產物，在顯微鏡下可以看到除了游離碳粒，大小不等的球狀顆粒外，還可以看到一些互相飛濺包容的顆粒，所以在圓球顆粒形成時，會同時包含工件和工具電極兩種材料，使其具有一定的不均勻性，本專利正是利用這一點，制備出具有模板的硅球顆粒，進而制備出多孔硅球。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種結構新穎的多孔半導體微球，包括有半導體材料的球體以及外部的金屬層，技術方案是:一種金屬/半導體殼-核結構多孔微球，包括有半導體材料的球體，所述的球體上有多孔結構，球體上還覆蓋有樹枝狀的金屬層，部分金屬層相連成網狀；上述微球的粒徑范圍是0.01 20 i! m,比表面積范圍`是50 500m2/g。本專利技術另一個目的是提供一種金屬/半導體殼-核結構多孔微球的制備方法，具體地說，就是先用電火花放電的方法加工出帶有金屬模板的半導體微球，再用選擇性腐蝕的方法，在帶有金屬模板的半導體微球上腐蝕出多孔結構。具體步驟是:(I)采用電火花加工裝置，通過脈沖電源使浸入工作液中的加工工件和工具電極之間形成脈沖性放電，生成帶金屬模板的半導體微球；(2)對工作液進行沉淀，收集生成的帶金屬模板的半導體微球，洗滌；(3)采用腐蝕性溶液對步驟(2)中得到的帶金屬模板的半導體微球進行選擇性腐蝕，得到金屬/半導體殼-核結構多孔微球，清洗。上述的加工工件的材料是半導體；工具電極的材料是金屬。在用電火花放電方法加工半導體的過程中，靠放電點和放電通道瞬時高溫使工作液氣化和電極材料熔化、氣化，熱膨脹產生很高的瞬時壓力，進而將熔融電極液體和蒸汽拋入工作液中。由于表面張力和內聚力的作用，使拋出的材料具有最小的表面積，冷凝時凝聚成細小的圓球顆粒。電極材料的融化、氣化是一個瞬時過程，但從微觀上而言，也有先后次序。由于常用半導體材料(例如摻雜或本征的硅，鍺等)的熔點較常用工具電極材料(例如金屬)的熔點低，因而在融化過程中，半導體材料先達到熔點，形成微球，而此時金屬電極材料仍為固態，隨著溫度繼續升高，到達金屬電極材料的熔點，電極材料開始熔融，由于此時工作液中已經有半導體微球的存在，因此電極材料會附著在半導體微球的表面，形成類似于模板的結構，至此，帶金屬模板的半導體微球在工作液中生成。帶金屬模板的導體微球的結構是:在半導體材料的球體表面，覆蓋有樹枝狀的金屬層，其中大部分的金屬層之間互相“搭橋”、連接，形成了網狀的結構，包覆住半導體的微球。該金屬層的作用在于:不僅使微球表面具有了可以導電的金屬層，還起到了模板的作用，在選擇性腐蝕的工藝步驟中，部分地覆蓋住了半導體微球，使腐蝕性溶液可以直接與半導體材料的球體相接觸，并產生化學反應，對半導體的球體進行化學腐蝕；而被金屬層覆蓋住的部分不會被腐蝕。進一步地，上述步驟的優選操作參數是:脈沖電源輸出的脈沖電壓在5(T200V之間，占空比在59^50%之間。帶金屬模板的半導體微球制備完成后，對其進行沉淀并清洗，以去除摻雜的游離碳粒、殘留工作液等。帶金屬模板的半導體微球清洗完成后，使用腐蝕性溶液對其進行選擇性腐蝕，所述的腐蝕性溶液可以采用堿溶液( 例如氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液等)或氫氟酸溶液。利用腐蝕性溶液與半導體和金屬反應速度存在較大差別的原理，去除掉沒有金屬模板覆蓋的一部分半導體材料，使得半導體的微球上出現多孔結構。由于腐蝕性溶液與半導體反應的速度遠遠大于其與金屬材料反應的速度，因此在這個過程中，半導體材料的去除量要遠大于金屬材料的去除量。在沒有金屬材料覆蓋的部分，會形成凹坑甚至通孔，而表面覆蓋金屬材料的部分，貝1J形成相對的凸起，至此金屬/半導體殼-核結構多孔微球已制備完成。下一步是對其進行清洗，分離雜質。進一步地，上述步驟(3)中的優選操作參數為:腐蝕性溶液的溶質的重量與帶金屬模板的半導體微球的重量比是1: f 3:1。堿溶液的質量百分比濃度優選為59^20%。氫氟酸溶液的質量百分比濃度優選為1% 10%。一般來說，半導體的腐蝕量會隨著腐蝕時間的延長而增大，本領域的技術人員可以通過調整合適的腐蝕時間來獲得不同形貌的金屬/半導體殼-核結構多孔微球，腐蝕時間短時，得到的微球上的多孔結構較為微小；腐蝕時間長時，微球上的多孔結構較為明顯。其中，腐蝕時間在廣10分鐘內得到的多孔半導體微球的結構較為適宜。通過延長腐蝕時間或者調整腐蝕液種類或濃度，可以擴大多孔微球上的多孔結構的大小，通過常規的試驗手段，可以改變多孔的形貌，甚至可以將多孔結構擴大為通孔，孔結構之間可以形成連通。上述制備得到的金屬/半導體殼-核結構多孔微球具有如下的形貌:在半導體材料的球體上具有經選擇性腐蝕產生的多孔結構；還覆蓋有樹枝狀的金屬層，部分金屬層相連成網狀；經檢測，通過該方法制備得到的多孔半導體微球粒徑范圍是0.01 ~ 20 u m,比表面積為 50 200m2/g。進一步地，上述的多孔結構之間存在著通孔，即存在有孔與孔之間的相互貫通。上述的金屬/半導體殼-核結構多孔微球是通過電火花加工的方法制備得到的，在微球的形成過程中，球體上的金屬和半導體都是首先在電火花加工中被融熔、凝固后相互連接在一起的。因此，金屬和半導體之間的連接部為共融物，這種連接方式與一般的沉積、電鍍等方法相比具有連接強度高的優點，球體上同時包含有半導體材料和金屬材料，因此其同時具備了金屬和半導體的多種特點，有較好的力學和電學性能。將該金屬/半導體殼-核結構多孔微球應用于實際的用途或者加工時，表面的金屬層不易脫落。本專利技術提供的技術方案中，采用的是電火花加工的方法將加工工件熔融，可以采用電火花加工中常見的工作液，例如像煤油、去離子水這樣的絕緣液體，或者是電阻率>106Q cm的電火花工作液；對于一些低電導率的液體，例如自來水，只要能夠保證電火花加工正常進行，也可以實現本專利技術的技術方案。在此基礎上，本專利技術還通過進一步對上述金屬/半導體殼-核結構多孔微球進行加工，制備得到一種不帶有金屬層的多孔半導體微球，方法是:對金屬/半導體殼-核結構多孔微球進行酸溶液腐蝕、去除掉表面的金屬層后得到的。具體地說:(i)采用電火花加工裝置，通過脈沖電源使浸入工作液中的加工工件和工具電極之間形成脈沖性放電，生成帶金屬模板的半導體微球；(ii)對工作液進行沉淀，收集生成的帶金屬模板的半導體微球，洗滌；(iii)用腐蝕性溶液對步驟(ii)中得到的帶金屬模板的半導體微球進行選擇性腐蝕，得到金屬/半導體殼-核結構多孔微球，清洗；(iv)使用酸性溶液將步驟(iii)所得的金屬/半導體殼-核結構多孔微球進行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金屬/半導體殼?核結構多孔微球，包括有半導體材料的球體，其特征在于：所述的球體上有多孔結構，球體上還覆蓋有樹枝狀的金屬層，部分金屬層相連成網狀；微球的粒徑范圍是0.01～20μm，比表面積范圍是50～500m2/g。

【技術特征摘要】
1.一種金屬/半導體殼-核結構多孔微球，包括有半導體材料的球體，其特征在于:所述的球體上有多孔結構，球體上還覆蓋有樹枝狀的金屬層，部分金屬層相連成網狀；微球的粒徑范圍是0.01 20 i! m,比表面積范圍是50 500m2/g。2.根據權利要求1所述的金屬/半導體殼-核結構多孔微球，其特征在于:所述的多孔結構之間存在著通孔。3.一種權利要求1或2所述的金屬/半導體殼-核結構多孔微球的制備方法，包括以下步驟: (a)采用電火花加工裝置，通過脈沖電源使浸入工作液中的加工工件和工具電極之間形成脈沖性放電，生成帶金屬模板的半導體微球； (b)對工作液進行沉淀，收集生成的帶金屬模板的半導體微球，洗滌； (C)用腐蝕性溶液對步驟(b)中得到的帶金屬模板的半導體微球進行選擇性腐蝕，得到金屬/半導體殼-核結構多孔微球，清洗；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪煒，
申請(專利權)人：南京沃聞光電科技有限公司，
類型：發明
國別省市：