硅纳米线的表面改性
http://www.hxtb.org 化学通报 2006年 第69卷 w010
硅纳米线的表面改性
陈扬文 唐元洪* 裴立宅 郭池
(湖南大学 材料科学与工程学院 长沙 410082)
摘 要 硅纳米线是一种新型半导体光电材料，具有纳米材料所特有的小尺寸效应，经表面改性
的硅纳米线具有不同于普通硅纳米线的特殊性质。本文主要介绍硅纳米线表面改性的进展，包括为应
用于纳米电子技术中提高电子传输率和电路布线时达到更好欧姆接触而进行的硅纳米线表面金属改
性，阐述了金属在硅纳米线中的存在形态，以及应用于纳米传感器技术中为检测特定化合物及生物基
团而进行的硅纳米线表面有机物及生物改性。
关键词 硅纳米线 表面改性
Surface Modification of Silicon Nanowires
Chen Yangwen, Tang Yuanhong*, Pei Lizhai, Guo Chi
(College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082)
Abstract Silicon nanowire (SiNW) is a new kind of optoelectronic semiconductor material. SiNWs
in the nanoscale regime exhibit quantum confinement effects. The modified SiNW is highly promising
because of the different properties from the normal SiNWs. Here the development of modification of SiNWs,
including deposition metal nanoparticles on their surface to raise electronic conductivity and improve ohmic
contacts of SiNWs, modification with organic matter, biological macromolecules applied to nanosensors and
nanodetectors are introduced.
Key words Silicon nanowires, Surface modification
自1991年发现碳纳米管[1]以来，纳米科学无论基础研究还是应用研究都取得了突破性进展。
材料在纳米尺度范围内受量子尺寸效应的影响，其电学、光学、磁性及力学等物理特性表现出不
同于体材料的性质，此外由于硅基纳米技术能很好地和当代微电子技术相兼容，因此对硅纳米线
的研究吸引了物理、化学、材料科学等领域科学家的广泛关注。1998年成功大量制备硅纳米线[2,3]
取得突破后，各国科学家分别采用激光烧蚀[4]、化学气相沉积(CVD)[5]、热气相沉积[6]和有机溶
剂生长[7]等方法成功制备出硅纳米线，并且通过多种手段对硅纳米线进行了表征以及对其物理、
化学、电学、光学等性质的研究，目前硅纳米线已开始在逻辑门和计数器[8]、纳米传感器[9]、场
发射器件[10]等领域取得了一定的应用。实验室大量制备的硅纳米线直径一般都在20nm左右，受
小尺寸效应影响，表面原子比例随直径的减少急剧增大引起其性质的变化，由于硅纳米线表面原
子存在大量未饱和键，具有很强的表面活性，现已开始对其进行表面改性研究。当适当地对硅纳
米线表面进行其它元素修饰时，硅纳米线的物理、化学性质得到进一步的改进，能够广泛应用于
纳米器件中。本文对硅纳米线的表面改性影响其物理、化学性质的改进，以及改性的一些原理，
陈扬文 男，26岁，硕士生，现从事硅纳米线制备以及对其改性的研究。 *联系人，E-mail: yhtang@hnu.cn 2005-01-26收稿，2005-09-09接受 http://www.hxtb.org 化学通报 2006年 第69卷 w010
2 硅纳米线表面改性后的应用研究进行介绍。
1金属纳米粒子改性
虽然在合成硅纳米线时可以通过改变工艺条件提高产量，但要通过控制硅纳米线的生长过程
来提高电子的传导性却非常困难，而硅纳米线在电子及光电器件中应用时要求具有很高的电子传
输率，以便电路布线时能够很好地实现欧姆接触，这就要求必须在合成硅纳米线时引入其它能够
改变硅纳米线物理特性的元素来实现电子传输率的提高。鉴于金属良好的电子传输特性以及抗氧
化性，金属在材料的表面改性中得到了广泛应用[11,12]，国际上很多科学家开始采用在硅纳米线表
面通过化学方法沉积纳米金属，由于金属的引入，硅纳米线的电子传输特性有了很大的提高，在
电路布线时金属改性的硅纳米线具有很好的欧姆接触。研究中发现在氢氟酸溶液中硅纳米线表面
氧化物在常温下很容易被氢氟酸腐蚀，并且硅原子和氢原子在硅纳米线外表面成键，氢对于硅纳
米线表面可发挥清洁和稳定的作用，其稳定性大大超出常规硅，并且硅氢键在含有金属离子溶液
中很容易被贵金属离子氧化，金属离子得到电子后成为金属单质沉积在硅纳米线的表面，或者形
成稳定的硅化物。
1.1硅纳米线表面金纳米粒子改性
Li等[13]采用热气相沉积法合成硅纳米线后成功通过氩离子溅射双边沉积方法在硅纳米线表
面沉积了金的纳米粒子薄层(如图1所示)。在硅纳米线的外表面包覆着一层纳米金粒子，选区电
子衍射对实验产物的晶体结构观测表明在硅纳米线中有Si、Au及金的硅化物(如Au3Si、Au5Si、
Au7Si等)。研究者通过透射电镜(TEM)分析认为硅纳米线表面沉积纳米金粒子的过程是：(1)多面
体纳米金粒子(粒径约5nm)吸附在硅纳米线的表面，一部分纳米金粒子被SiO2层包覆，离子束溅
射时，吸附着的SiO2配合基开始消失，留下带负电的硅原子，由于表面张力作用一部分金纳米
粒子开始沉入硅纳米线中；(2)部分纳米金粒子吞没在先融入的金晶体中形成金薄层，还有部分
的金纳米颗粒和带负电的硅原子结合成硅金化合物(主要是Au3Si)；(3)金纳米粒子重新排列成整
齐的晶格结构，形成整齐的金薄层。经纳米金粒子表面改性的硅纳米线具有很好的电子传输特性。
图1 硅纳米线外表面被包覆纳米金粒子层的TEM图像 及选区电子衍射图像 Fig.1 The TEM image of SiNWs coated with Au nanoparticles and SAED
图2 硅纳米线表面银改性的TEM图像 Fig.2 The TEM image of modified SiNWs surface with deposited Ag 1.2硅纳米线表面银纳米粒子改性 http://www.hxtb.org 化学通报 2006年 第69卷 w010
3 Sun等[14]最近报道了采用激光烧蚀法制备硅纳米线，再用氢氟酸腐蚀表面SiO2层后，硅纳
米线表面被氢钝化，硅纳米线在用去离子水冲洗烘干后浸入硝酸银溶液30s后，通过透射电子显
微镜(TEM)可以看到硅纳米线表面沉积了一层单质银(如图2所示)。研究表明用氢氟酸处理硅纳
米线后，由于硅原子和氢原子的相互作用，纳米线表面生成了硅氢化合物。在硝酸银溶液中，Si―
H键和银离子相作用参与化学反应，并有H2、单质银、SiO2等产物生成。研究者认为反应过程
与多孔硅和贵金属离子的反应相类似，其原理如下。
(1)银离子被硅纳米线表面的氢化物还原成单质银
Ag+(aq) + 4Si―H(表面)→Ag(s) + H2(g)+4Si(表面) + 2H+(aq) (2)由于溶液中水的存在还进行了进一步的化学反应，银离子被进一步的还原并沉积在硅纳
米线外表面，同时溶液呈酸性
Ag+(aq) + Si(表面) + 2H2O(aq) →Ag(s) + H2(g)+SiO2 + 2H+(aq) Sun等[14]还对表面改性后的硅纳米线进行X射线吸收精细结构光谱(XAFS)测量。通过XAFS
的探测能确认银究竟是存在于硅纳米线的外表面还是存在于晶核及其化合物中，这是因为总电子
产额谱(TEY)收集的是电子信号，是从样品表面发出的，而荧光产额谱(FLY)收集的是声子信号，
从样品的内部发出。Si和Ag的XAFS研究提供了硅纳米线中Si和Ag的相互关系。图3是对硅
纳米线(直径为25nm)用10%HF处理表面氧化层后置于10-4mol/L的硝酸银溶液中得到Si的K边
XAFS波谱简图，其中的插图是硅纳米线的X射线近边结构光谱(XANES)；从图3(a)TEY光谱
中可以看到未经HF处理的硅纳米线的硅氧峰(1848eV)很明显，并且Si―O峰比Si―Si峰弱，说
明仅仅是样品表面参与了化学反应。经HF处理后硅氧峰(1848eV)消失，同时曲线的上升边斜率
变得平缓说明氢在化学反应中起到了化学取代作用。当硅纳米线浸于硝酸银溶液中，图3(a)中插
图XANES谱线显示氧信号明显加强(共振线在1853eV)，表明由于具有还原性的Ag+
和硅纳米线
图3 硅纳米线Si K边XAFS光谱谱线图 Fig.3 Si K-edge of normal SiNWs(~25nm) with a series of chemical treatments (a) Si K边TEY光谱；(b) Si K边FLY光谱；插图为硅纳米线XANES谱线图 http://www.hxtb.org 化学通报 2006年 第69卷 w010
4 的表面作用使其表面再次氧化,并且被Ag+再次氧化的硅纳米线的氧化层比未经HF处理的硅纳米
线要薄；从图3(b)FLY光谱中可以看到在整个过程中硅纳米线的内核一直保持单晶硅结构，其内
部结构并未受化学反应的影响，这说明Ag+仅仅是和硅纳米线的表面作用。图4是通过对产品
Ag的L3,2边TEY进行进一步分析，Ag的L3,2边XANES光谱是从内核的2P3/2、2Py2的电子向高
于费米能级的未占据的d和s轨道跃迁，从图中可以看到硅纳米线表面银是面心立方晶体，这就
充分说明了硅纳米线的表面沉积的是单质金属银，而硅纳米线的内部结构并未受溶液中的Ag+
影响。
图4 表面银改性的硅纳米线和金属Ag L3,2边XANES光谱的对比图 Fig.4 Ag L3,2-edge XANES (TEY) of Ag modified SiNWs compared with that of Ag metal
1.3硅纳米线表面金属铜改性
由于铜的电阻率较金属铝要低很多，表面铜改性的硅纳米线在半导体纳米器件集成电路中具
有广阔的应用前景。Qi等[15]采用激光烧蚀硅靶合成了硅纳米线，并以铜棒为铜源，经高温淬火，
金属铜在高温条件下升华并和硅纳米线中的硅原子成键生成铜硅化合物。研究者通过透射电子显
微分析显示硅纳米线顶部是一个纳米粒子球状体其铜硅摩尔比值为3.4，球体边缘铜硅摩尔比值
为2.6，而硅纳米线的线部铜硅摩尔比值为0.05。选区电子衍射分析及对铜硅化合物理论计算分
析表明纳米粒子为Cu16Si4化合物，而不是纳米铜粒子，在分界面处为单晶硅，鉴于铜在硅中具
硅纳米线研究进展概述
第４０卷第８期 ２０１２年４月 广州化工 Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．８ Ａｐｒｉｌ．２０１２ 硅纳米线研究进展概述术 郑红梅 ，顾家祯 ，袁志山 （１合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥２３０００９；２东南大学机械工程学院，江苏 南京２１１１８９） 摘 要：硅纳米线由于量子限制效应，表现出与体材料不同的物理性质。文章概述了国内外对硅纳米线结构、形貌、成分和力 学、电学等物理特性的表征研究的最新进展，揭示了硅纳米线尺寸、表面结构和粒子这三者与性能之间的关系。最后介绍硅纳米线表 征研究成果在纳米器件上的应用，并对硅纳米线制备技术和表征技术在未来的发展做了展望。 关键词：硅纳米线；体硅；物理性能；表征；应用 中图分类号：Ｏ６１３．７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—９６７７（２０１２）０８－００１３－０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ａ ＺＨＥＮＧ Ｈｏｎｇ—ｍｅｉ ，ＧＵ Ｊｉａ—ｚｈｅｎ ，ＹＵＡＮ Ｚｈｉ—ｓｈａｎ （１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｈｕｉ Ｈｅｆｅｉ ２３０００９； ２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｎａｎｊｉｎｇ ２ １ １ １ ８９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｌｉｃｏｎ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ（ＳｉＮＷｓ）ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈａｔ ｏｆ ｂｕｌｋ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｄｕｅ ｔｏ ｑｕａｎ— ｔｕｒｎ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ｏｆ ＳｉＮＷｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｎ— ｖｏｌｖｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｗａｓ ｏｕｔｌｉｎｅｄ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｉｚｅｓ，ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＳｉＮＷｓ ｗｅｒｅ ｒｅｖｅａｌｅｄ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＳｉＮ－ Ｗｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏ ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃｏｎ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ；ｂｕｌｋ ｓｉｌｉｃｏｎ；ｐｈｙｓｉｃｓ ｐｒｏｐｅ￣ｙ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 硅纳米线是一种具有优异光学、电学、力学和热传导性能的 新型一维硅纳米材料 ，是纳米电器件的基材，有着广泛的应 用前景。纳米材料的制备已趋向完善，但材料性能不清楚，限制 了应用，所以表征尤为重要。表征研究涉及到分析材料的物相 组成、化学组成、表面与界面分析和形貌分析等。常用的表征方 法有电镜表征、ｘ射线衍射分析和拉曼光谱等。国内外研究人 员对硅纳米线做了大量表征研究，取得了较大进展。用适当的 检测手段对硅纳米线表征能方便研究其生长机理，为制备方法 提供反馈信息，提高制备技术水平，使硅纳米线达到更好的生长 效果；同时对硅纳米线的光、电和热等特殊性能的表征研究为硅 纳米线的应用奠定了基础，现已经取得了多种硅纳米线电子器 件的研究成果。硅纳米线将成为纳米领域很有潜力的新型材 料。 １ 结构、形貌和成分 在各种电镜的帮助下，采用不同的制备方法和工艺，会得到 不同的结构、形貌和成分的硅纳米线，这可以由不同的生长机制 来解释。 据研究者表征分析得出硅纳米线是由晶体硅核和非晶ＳｉＯ 鞘组成的同轴结构，ｓｉ晶格中＜１１１＞方向上能量最低，存在缺 陷和位错，加速生长，是主要生长方向。制备硅纳米线时产生的 张力会使其生长方向发生变化，随着硅纳米线直径减小到低于 ２Ｏ／ｌｍ时生长方向从＜１１１＞转向＜１１０＞ 。 用扫描电镜观察发现，当前的制备方法可以制备出直径在 数纳米至１００ ｎｍ之间，长度达１５０ ｍ 的各种形貌的硅纳米 线。Ｓａｎｊａｙ Ｋ．Ｓｒｉｖａｓｔａｖａ等 用热蒸发法制备出直线状、弯曲状 和链状的硅纳米线。唐元洪等 用激光烧蚀法制备出大量的多 种形态（正常形态、弹簧形、鱼骨形、蛙卵形和链状）的硅纳米线， 这可用氧化物辅助生长机制中硅纳米线两阶段生长模型来解 释。Ｊｏｒｄｉ Ａｒｂｉｏｌ等 用ＣＶＤ法制备出直径大约为１００ ｔｉｍ的直 线状和蠕虫状硅纳米线，这些连续扭曲的硅纳米线的数量会随 着制备温度的升高而减少。Ｚｈｉｐｅｎｇ Ｈｕａｎｇ 用刻蚀法制备出的 硅纳米线也带有锥角，这和制备机理相关，很难消除。Ｗａｎｇ Ｔａｏ 等 发现了一种简单的方法可以在标准体硅薄片上制备纵向堆 叠的单晶硅纳米线，通过试验结果表明垂直堆叠的纳米线数量 取决于电感耦合等离子体的周期，并提出了纳米线的形成机制。 理想的硅纳米线是不含任何杂质的，但表征时有氧、碳或金 属元素出现，这与具体制备方法和工艺有关。出现氧可能是制 备环境中含有少量的氧气或者新生成的硅纳米线从制备环境中 取出，暴露在空气中被氧化。用金属催化辅助生长的硅纳米线 基金项目：江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室开放基金资助项目（ＪＳＮＢＩ２００９０４）。 作者简介：郑红梅（１９６６一），女，博士，合肥工业大学教授，硕士生导师。 顾家祯（１９８６一），男，
纳米TiO2的 表面有机改性
纳米TiO2的 表面有机改性
纳米TiO2是一种重要的无机填料，具有很多独特的性能，如比表面积大、表面活性高、着色力强，光吸收性能和分散性能好，广泛应用于涂料、塑料、橡胶、化妆品、催化剂、污水处理等行业。将纳米TiO2与有机树脂复合，能够有效提高树脂基体的耐腐蚀性、抗老化性及力学性能［1-3］。此外，纳米TiO2还具有光催化性能，在阳光照射下能氧化吸附在涂层表面的细菌、有机物等，达到一定的净化环境功效［4］。由于纳米TiO2的表面极性很强，处于热力学非稳态，极易团聚形成二次粒子［5-6］，在制备纳米复合材料时，纳米粒子不能很好地分散其中或不以纳米尺寸存在，就不能发挥其特殊性能。因此，在使用中需要对纳米TiO2进行表面有机改性。表面化学法改性是表面改性中常用的方法之一，利用有机官能团在粒子表面进行化学吸附或化学反应，使表面活性剂包覆在粒子表面，增强粒子在聚合物中的分散性及相容性［7］。
本文以硅烷偶联剂为改性剂，以透过率为考察指标，对改性剂用量、pH值、改性浓度、改性时间进行了研究，得到了纳米TiO2表面改性的优化工艺条件。
1 实验部分
1.1 原料与仪器
纳米TiO2（南京海泰纳米有限公司），硅烷偶联剂（南京曙光有机硅化工厂），无水乙醇，氨水，醋酸，三乙醇胺（均为分析纯），悬臂式搅拌器（RW20.n），超声细胞粉碎仪（JY98-3D，宁波新芝生物科技股份有限公司），精密pH计（PHS-3C型，上海精密科学仪器有限公司），721分光光度计（16C14型，上海精密科学仪器有限公司），电子天平（JA1203N）。
1.2 表面改性方法
影响改性效果的因素有很多，我们主要考虑改性反应所需要的环境（即pH值）、是否加入预分散剂、改性剂用量、改性浓度（分散粒子浓度）、改性时间对改性效果的影响。
称取1g纳米TiO2粉末120℃下烘干，在加入调好pH值并含有适量预分散剂的无水乙醇中预分散一定时间，然后缓慢加入含有一定量硅烷偶联剂的无水乙醇液，搅拌均匀，超声分散一定时间，然后在80℃水浴中搅拌30min，待充分反应后，洗涤、烘干、研磨，收集样品得到改性纳米粉料。
有机配体表面改性NiCo2O4_纳米线用于水全分解
物 理 化 学 学 报 Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (6), 2107005 (1 of 8)
Received: July 2, 2021; Revised: August 8, 2021; Accepted: August 13, 2021; Published online: August 30, 2021. *Correspondingauthor.Email:************.cn.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21931001, 21922105, 51771085, 51801088), the Special Fund Project of Guiding Scientific and Technological Innovation Development of Gansu Province (2019ZX-04), the 111 Project (B20027), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (lzujbky-2021-pd04, lzujbky-2021-sp41, lzujbky-2021-it12, lzujbky-2021-37), the China Postdoctoral Science Foundation (2021M691375), and the China National Postdoctoral Program for Innovative Talents (BX20200157). 国家自然科学基金(21931001, 21922105, 51771085, 51801088), 甘肃省引导科技创新发展专项基金项目(2019ZX-04), 111项目(B20027)，中央高校基本科研业务费专项资金(lzujbky-2021-pd04, lzujbky-2021-sp41, lzujbky-2021-it12, lzujbky-2021-37), 中国博士后科学基金(2021M691375),
硅基负极材料生产流程
硅基负极材料生产流程
硅基负极材料是一种在锂离子电池中作为负极材料使用的关键材料。它具有高容量、长循环寿命和良好的电导率等优点，已经成为新一代锂离子电池研究领域的热点之一。下面将介绍硅基负极材料的生产流程。
硅基负极材料的生产流程可以分为四个主要步骤：硅材料的制备、硅材料的表面改性、制备成负极材料和性能调控。
第一步是硅材料的制备。传统的硅材料制备方法主要有机热法、湿法和机械合成法。机热法是将硅源和还原剂在高温条件下反应得到纳米硅材料，湿法是将硅源溶解在溶剂中，通过沉淀和干燥得到硅材料，机械合成法是通过机械力对硅源进行研磨和球磨得到硅材料。这些方法能够制备出不同形态和尺寸的硅材料，如颗粒、纳米粉末和纳米线等。
第二步是硅材料的表面改性。由于硅材料的表面活性很强，容易与电解液中的气体和电解质发生反应，导致硅材料的容量衰减和循环稳定性下降。因此，需要对硅材料的表面进行改性，提高其与电解液的相容性。常用的表面改性方法包括有机硅修饰、导电聚合物包覆和纳米碳涂层等。这些方法可以形成稳定的界面层，保护硅材料免受电解液的侵蚀。
第三步是制备成负极材料。在这一步骤中，需要将硅材料与导电剂和粘结剂混合，并进行烘干和压片等加工工艺。导电剂的添加可以提高硅材料的电导率，粘结剂的添加可以增加硅材料与电极集流体的粘附性。一般常用的导电剂有碳黑和导电聚合物，常用的粘结剂有聚丙烯腈和聚乙烯酮等。通过合理的配比和加工工艺可以得到具有良好电化学性能的硅基负极材料。
第四步是性能调控。硅基负极材料在电化学性能方面存在容量衰减、体积膨胀和电池内阻增加等问题。为了解决这些问题，需要对材料进行性能调控。常用的方法包括粒度调控、形态设计和合成复合材料等。粒度调控可以控制硅材料的颗粒尺寸，减缓体积膨胀速率；形态设计可以改变硅材料的形态结构，提高电子传输速率；合成复合材料可以将硅材料与其他材料进行复合，提高其稳定性和循环寿命。
总结起来，硅基负极材料的生产流程包括硅材料的制备、表面改性、制备成负极材料和性能调控等步骤。通过这些步骤的组合和优化，可以得到具有优异电化学性能的硅基负极材料，并应用于锂离子电池等能源储存设备中。不断的研究和创新将进一步推动硅基负极材料的发展和应用。
纳米二氧化硅表面改性条件优化
纳米二氧化硅表面改性条件优化
【摘 要】引入微波有机合成技术对纳米SiO2进行表面改性，考察了偶联剂、微波功率和辐照时间、浓硫酸用量等对纳米SiO2表面处理的影响，并通过红外光谱和热失重测试考察了粉体表面化学结构及改性情况。实验得出的纳米SiO2表面处理的最佳工艺条件为：偶联剂的用量为6%（质量百分含量），微波功率为320W，硫酸用量为1.25%（质量百分含量），微波辐射反应时间为15min。
【关键词】纳米二氧化硅；表面处理；微波
对于用熔融共混法制备的纳米复合材料而言，无机粒子能在聚合物中作纳米级的原生粒子分散是决定材料性能改善的最重要因素之一。粒子在塑料中分散粒径大小及分散均匀性对填充改性塑料的性能及其均匀性影响很大。因此解决自身团聚很强的纳米粒子在材料中的分散性问题，成为制备性能优良复合材料的关键点，也是难点之所在。
纳米SiO2为无定形白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其呈现出絮状和网状的准颗粒结构。由于纳米SiO2表面能大，易于团聚，通常以二次聚集体的形式存在，限制了其超细效应的充分发挥，在有机相中难以浸润和分散。
目前，对纳米SiO2的改性方法有多种，通常采用的是硅烷偶联剂法。硅烷偶联剂由于具有双反应功能团[1]，能使填料与聚合物的结合界面以化学键相连，从而提高填料的补强性能[2～4]。
微波是一种波长从1mm到1m左右的超高频电磁波，具有物理、化学、生物学效应。在电磁场中，体系介质产生极化取向，相邻分子间由于分子热运动产生强烈的相互作用，极性分子产生“变极”效应，由此产生了类似摩擦作用，使极性分子瞬间获得能量，以热量形式表现出来，介质整体温度同时随之升高。微波还存在一种不是由温度引起的非热效应，微波作用下的有机反应，改变了反应动力学，降低了反应活化能。以上特性使得微波加热有机反应具有传统加热法所无法具备的优点，反应速度快，效率高。
本文作者采用微波法对纳米SiO2进行表面改性，考察了偶联剂用量、微波功率、硫酸用量对改性效果的影响，探讨了最佳表面改性条件，并对改性后的纳米SiO2进行了表征。
2011年国家自然基金获得者名录——国防科学技术大学
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低温等离子体的制备与应用
低温等离子体的制备与应用
低温等离子体是指在温度较低（通常为室温）的条件下，气体通过电场或磁场激发后，形成的含有离子、自由电子和中性分子的稀薄气体状态。低温等离子体不仅具有普通气体的物理化学性质，还具有电磁学性质和辐射学性质，被广泛应用于全球的科学研究和工业生产领域。
低温等离子体的制备方法主要包括高频放电、电子轰击、微波放电、电极闪光等。其中，高频放电是最常见的一种制备方法，它是在气体中加入高频交流电场，使气体中的原子和分子发生局部放电并产生等离子体状态。这种等离子体的电子能量通常在10-15到10-13J之间，相对于高温等离子体，温度较低，因此被称为低温等离子体。高频放电可以使用几百瓦到几千瓦的功率，可以用于制备多种气体的低温等离子体，例如氮气、氧气、氢气、氩气等。
低温等离子体有着广泛的应用领域，其中最为突出的是在生物医学、环境保护、材料科学以及信息技术等领域的应用。以下是对低温等离子体应用领域的几个案例进行分析。
生物医学
低温等离子体可以通过对生物细胞进行处理，改变细胞内部的化学反应，从而实现治疗、消毒等医疗目的。例如，利用低温等离子体进行癌症治疗，可以通过产生活性氧化物和活性氮氧物分子，使癌细胞发生氧化应激而死亡。此外，低温等离子体还可以用于治疗皮肤病、消毒、杀灭细菌和死亡细胞的植入等。
环境保护
由于低温等离子体具有氧化性、杀菌性、消毒性和催化性等多种化学反应功能，因此可以用于处理工业排放气体、城市垃圾和废水等。例如，低温等离子体可以将废水中的毒性物质分解为无害物质，减少对环境的污染和伤害。此外，低温等离子体也可以应用于空气净化和残留物处理等方面。 材料科学
低温等离子体可以在材料制备和加工中发挥重要作用，其对金属、陶瓷、聚合物等材料的表面进行改性、合成、刻蚀和附着等具有关键作用。例如，利用低温等离子体可实现金属表面的氧化、氮化、硅化等物理化学反应，改变其表面拓扑和物理性质，使其具有更强的耐腐蚀、导电、持久性和透明性等。此外，低温等离子体还可以用于纳米材料和薄膜的制备和表面修饰等方面。
（物理化学专业论文）低维（VIa族化合物）半导体纳米材料的制备及表征
摘要
近年来，低维纳米结构材料由于其能组装成许多特异功能的材料，因而成
为一个研究热点。随着研究的深入，各种新颖的低维纳米结构如纳米棒、纳米管、纳米丝、纳米带、纳米薄膜和纳米同轴电缆等相继被发现。同时，一些材料的单
纳米结构物性的成功测量以及广泛应用，更加推动了人们对新型低维纳米材料的
控制合成和形成机制的探索。
ＶＩａ族化合物（如ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ等）或者单质（如Ｔｅ、Ｓｅ等）都是
非常重要的半导体材料，它们在光吸收、光电转换、非线性光学、光催化等方面
都有着广泛的应用。水热法是一种基于溶液的化学合成方法，有可能提供一种有
效而方便的途径来合成ＶＩａ族化合物纳米材料。此方法高效方便，不需要惰性氛
围和昂贵的设备，已被广泛用来合成一维结构纳米材料，这也是控制粒子大小、
尺寸分布以及材料形貌的非常有效的方法之一。
在本工作中，我们用水热的方法制各出了一系列的ｖＩａ族单质和化合物半
导体纳米材料（如ｓｅ、Ｔｅ、ｃｄｓｅ、Ｔｉ０２、Ｚｎ０等），并用ＴＥＭ、ＨＲＴＥＭ、ｓＥＭ、
ＸＲＤ、Ⅺ，ｓ、ＥＤＸ、ＵＶ．Ⅵｓ和ＰＬ等分析手段对其形貌、结构以及性能进行了表
征。
分别利用乙二胺辅助水热和化学气相沉积的方法制备了单晶ｓｅ纳米片和
纳米线。实现了直接从颗粒状原料硒粉转化为片状单晶ｓｅ的过程，这一ｓＳＳ（固
一液一固）过程可能不同于其它的气相或者液相反应过程。另外用乙二胺辅助水热
的方法制备出了一维槽状的单晶Ｔｃ，研究结果表明这种一维槽状结构的Ｔｅ具有
六方相的晶体结构，并且其一维长轴方向与晶体的【００１］方向相平行。用水热的方法制备了ｃｄｓｅ的纳米棒，研究表明这种硒化物的纳米棒结晶性良好并且晶体沿着特定的方向生长。用中间络合物结构诱导机趔解释了这种硒
化物纳米棒的形成过程。
量子点（如ｃｄｓｅ和ｃｄｓ等半导体纳米晶体）由于其量子限域效应、尺寸
可调的电学和光学性质以及较强的抗光漂白性质使它们成了光电子学和生物传
感等方面最具有吸引力的材料。而在碳纳米管化学修饰的研究过程中，碳纳米管
化学气相沉积技术
化学气相沉积技术
化学气相沉积技术是一种常用的薄膜制备方法，它在材料科学、纳米技术、能源领域等方面有着广泛的应用。本文将介绍化学气相沉积技术的基本原理、分类以及在不同领域的应用。
一、基本原理
化学气相沉积技术是通过在气相条件下使化学反应发生，从而在基底表面上沉积出所需的薄膜材料。该技术通常包括两个主要步骤，即前驱体的气相传输和沉积过程。
在前驱体的气相传输阶段，前驱体物质通常是一种挥发性的化合物，如金属有机化合物或无机盐等。这些前驱体物质被加热到一定温度，使其蒸发或分解为气体。然后，这些气体将通过传输管道输送到基底表面上。
在沉积过程中，前驱体气体与基底表面上的反应活性位点发生反应，形成固态的薄膜材料。这些反应通常是表面吸附、解离、扩散和再结合等过程的连续发生。通过控制前驱体的流量、温度、压力等参数，可以实现对沉积薄膜的厚度、成分和晶体结构的调控。
二、分类
根据沉积过程中气体流动的方式和方向，化学气相沉积技术可以分为热辐射、热扩散和热对流三种类型。
1. 热辐射沉积（Thermal Radiation Deposition，TRD）：在热辐射沉积中，前驱体物质通过热辐射的方式传输到基底表面。这种方法适用于高温条件下的沉积过程，可以用于制备高质量的薄膜材料。
2. 热扩散沉积（Thermal Diffusion Deposition，TDD）：在热扩散沉积中，前驱体物质通过热扩散的方式传输到基底表面。这种方法适用于低温条件下的沉积过程，可以用于制备柔性基底上的薄膜材料。
3. 热对流沉积（Thermal Convection Deposition，TCD）：在热对流沉积中，前驱体物质通过热对流的方式传输到基底表面。这种方法适用于较高温度和压力条件下的沉积过程，可以用于制备大面积的薄膜材料。
三、应用领域
化学气相沉积技术在材料科学、纳米技术和能源领域有着广泛的应用。以下是几个具体的应用领域：
基于不同润湿性微细通道过冷沸腾起始点(ONB)的实验研究
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第3期
·884· 化 工 进 展
基于不同润湿性微细通道过冷沸腾起始点（ONB）的实验研究
罗小平，王文，廖政标，郭峰，吴迪，张霖
（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510640）
摘要：为了研究微细通道壁面润湿性对过冷沸腾起始点（ONB）的影响，采用CuCl2溶液刻蚀普通光滑表面微细
通道得到超亲水表面微细通道，再用氟硅烷溶液修饰超亲水表面微细通道得到超疏水表面微细通道。以R141b
为实验工质，在压力为170kPa、质量流率302.7～417.2kg/(m2·s)、热流密度2.17～29.9kW/m2的工况下进行流动
沸腾实验。结果表明：超疏水表面微细通道ONB点的过热度最低，普通光滑表面微细通道达到ONB点所需过
热度最高；随着热流密度的增大，距离出口最近的测点最先开始沸腾，达到ONB点所需过热度也为最小；随着
质量流率的增大，ONB点的过热度逐渐增大。本文选取了7种典型的ONB点处壁面过热度预测公式，将实验值
与公式预测值进行对比，发现HSU模型的预测效果最好，对光滑/超亲水/超疏水表面微细通道ONB过热度预测
平均绝对误差（MAE）值分别为13.1%、20.8%和21.5%。为了更好地预测具有特殊润湿性表面的ONB过热度，
引入表面能参数对HSU模型进行修正，预测精度大大提高。
关键词：壁面润湿性；过冷沸腾起始点；流动沸腾；微细通道
中图分类号：TK124 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）03–0884–09
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1223
Experimental study on onset of nucleate boiling（ONB）in different
wettability micro-channels